JP2021005789A - Waveguide structure - Google Patents

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保 須田
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Abstract

【課題】本開示は、ミリ波帯を利用する通信端末において、ミリ波モジュール及びアンテナの開口部の配置の自由度を上げることを目的とする。【解決手段】本開示は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波を伝送し外部へと放射する導波部31と、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置と導波部31との間に配置され、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2への反射を軽減する整合部32と、を備えることを特徴とする導波管構造体3である。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the degree of freedom in arranging an opening of a millimeter wave module and an antenna in a communication terminal using a millimeter wave band. According to the present disclosure, a waveguide 31 that transmits an electromagnetic wave output from an antenna 2 integrated on a millimeter-wave module 1 and radiates it to the outside, and an antenna integrated on the millimeter-wave module 1. The reflection of the electromagnetic wave output from the antenna 2 arranged between the arrangement position of 2 and the waveguide 31 integrated on the millimeter wave module 1 to the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 is reflected. The waveguide structure 3 is characterized by including a matching portion 32 to be reduced. [Selection diagram] Fig. 3

Description

本開示は、ミリ波帯を利用するスマートフォンに内蔵されるアンテナに関する。 The present disclosure relates to an antenna built into a smartphone that uses the millimeter wave band.

マイクロ波帯を利用するスマートフォンに内蔵されるアンテナが、特許文献1等に開示されている。アンテナは、スマートフォンのケースの端部付近に配置される。電磁波は、スマートフォンのケースを透過する。スマートフォンのケースの厚さ及び形状は、樹脂等のケースの比誘電率及びスマートフォンの使用周波数帯に合わせて最適化される。 An antenna built in a smartphone using a microwave band is disclosed in Patent Document 1 and the like. The antenna is located near the edge of the smartphone case. Electromagnetic waves pass through the smartphone case. The thickness and shape of the smartphone case are optimized according to the relative permittivity of the case such as resin and the frequency band used by the smartphone.

特開2018−125734号公報JP-A-2018-125734

ミリ波帯を利用するスマートフォンに内蔵されるアンテナが、第5世代移動通信システム(5G)及びタッチレスゲート(“TransferJet X”(IEEE802.15.3e)の応用例)等に要求されている。ここで、アンテナは、ミリ波モジュールの表面上に形成され、ミリ波モジュールと一体化される。よって、ミリ波モジュール及びアンテナは、配置の自由度を制約される。つまり、ミリ波モジュールが、スマートフォンの基板の任意位置に配置されるとともに、アンテナが、スマートフォンのケースの端部付近に配置されるという、特許文献1等の回路配置は、採用され得ない。 Antennas built into smartphones that use the millimeter wave band are required for fifth-generation mobile communication systems (5G), touchless gates (application examples of "TransferJet X" (IEEE802.1.3e), etc.). Here, the antenna is formed on the surface of the millimeter wave module and integrated with the millimeter wave module. Therefore, the millimeter-wave module and the antenna are restricted in the degree of freedom of arrangement. That is, the circuit arrangement of Patent Document 1 or the like in which the millimeter wave module is arranged at an arbitrary position on the substrate of the smartphone and the antenna is arranged near the end of the case of the smartphone cannot be adopted.

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、ミリ波帯を利用する通信端末において、ミリ波モジュール及びアンテナの開口部の配置の自由度を上げることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, it is an object of the present disclosure to increase the degree of freedom in arranging the openings of the millimeter wave module and the antenna in the communication terminal using the millimeter wave band.

前記課題を解決するために、ミリ波モジュールと一体化されたアンテナが、スマートフォンの基板の任意位置に配置されるとともに、導波管構造体の開口部が、スマートフォンのケースの端部付近に配置されるように、アンテナと開口部との間に導波管構造体を配置することとした。ここで、導波管の基本モードの電磁波が、開口部から放射される一方で、導波管の高次モードの電磁波が、開口部から放射されないように、開口部のサイズは、小さいサイズに制約される。そこで、アンテナから出力された電磁波が、アンテナへと反射されないように、アンテナと開口部との間に整合部を配置することにより、アンテナと開口部との間のサイズ差を吸収することとした。 In order to solve the above problems, an antenna integrated with the millimeter wave module is arranged at an arbitrary position on the smartphone substrate, and an opening of the waveguide structure is arranged near the end of the smartphone case. Therefore, it was decided to arrange the waveguide structure between the antenna and the opening. Here, the size of the opening is reduced so that the electromagnetic wave of the basic mode of the waveguide is radiated from the opening while the electromagnetic wave of the higher mode of the waveguide is not radiated from the opening. Be constrained. Therefore, it was decided to absorb the size difference between the antenna and the opening by arranging a matching portion between the antenna and the opening so that the electromagnetic wave output from the antenna is not reflected to the antenna. ..

具体的には、本開示は、アンテナから出力された電磁波を伝送し外部へと放射する導波部と、前記アンテナの配置位置と前記導波部との間に配置され、前記アンテナから出力された電磁波の前記アンテナへの反射を軽減する整合部と、を備えることを特徴とする導波管構造体である。 Specifically, in the present disclosure, a waveguide that transmits an electromagnetic wave output from an antenna and radiates it to the outside is arranged between the position of the antenna and the waveguide, and is output from the antenna. It is a waveguide structure characterized by including a matching portion for reducing reflection of electromagnetic waves to the antenna.

この構成によれば、ミリ波モジュール及びアンテナの開口部の配置の自由度を上げることができ、アンテナから出力された電磁波のアンテナへの反射を軽減することができる。 According to this configuration, the degree of freedom in arranging the millimeter wave module and the opening of the antenna can be increased, and the reflection of the electromagnetic wave output from the antenna to the antenna can be reduced.

また、本開示は、前記整合部は、前記導波部の側から前記アンテナの配置位置の側へと、ホーン形状に広がることを特徴とする導波管構造体である。 Further, the present disclosure is a waveguide structure characterized in that the matching portion extends in a horn shape from the side of the waveguide portion to the side of the arrangement position of the antenna.

この構成によれば、整合部を容易にかつ低コストに製造することができる。 According to this configuration, the matching portion can be easily manufactured at low cost.

また、本開示は、前記整合部と前記導波部との間に配置され、前記アンテナから出力された電磁波の偏波面を回転させる偏波面回転部、をさらに備えることを特徴とする導波管構造体である。 Further, the present disclosure further includes a waveguide that is arranged between the matching portion and the waveguide and that rotates the plane of polarization of the electromagnetic wave output from the antenna. It is a structure.

この構成によれば、ミリ波モジュールと一体化されたアンテナの配置方法に制約があるときであっても、アンテナから出力される電磁波の偏波面を回転させることにより、開口部の長辺方向及び短辺方向を所望の辺方向に配向することができ、アンテナから出力される電磁波のビーム幅を様々な方向で所望のビーム幅に制御することができる。 According to this configuration, even when there are restrictions on the arrangement method of the antenna integrated with the millimeter wave module, by rotating the plane of polarization of the electromagnetic wave output from the antenna, the direction of the long side of the opening and The short side direction can be oriented in the desired side direction, and the beam width of the electromagnetic wave output from the antenna can be controlled to the desired beam width in various directions.

また、本開示は、前記導波部、前記整合部及び前記偏波面回転部は、矩形断面を有し、前記偏波面回転部は、ツイスト形状を有することを特徴とする導波管構造体である。 Further, the present disclosure is a waveguide structure characterized in that the waveguide portion, the matching portion and the polarization plane rotating portion have a rectangular cross section, and the polarization plane rotating portion has a twisted shape. is there.

この構成によれば、偏波面回転部を容易にかつ低コストに製造することができる。 According to this configuration, the plane rotating portion can be easily manufactured at low cost.

また、本開示は、前記導波部及び前記整合部は、これらの管壁の内部を誘電体で満たされていることを特徴とする導波管構造体である。 Further, the present disclosure is a waveguide structure characterized in that the waveguide and the matching portion are filled with a dielectric material inside these tube walls.

この構成によれば、導波管構造体を小さいサイズに製造することができる。 According to this configuration, the waveguide structure can be manufactured in a small size.

このように、本開示は、ミリ波帯を利用する通信端末において、ミリ波モジュール及びアンテナの開口部の配置の自由度を上げることができる。 As described above, the present disclosure can increase the degree of freedom in arranging the openings of the millimeter wave module and the antenna in the communication terminal using the millimeter wave band.

本開示のスマートフォン内の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure in the smartphone of this disclosure. 本開示のタッチレスゲートの用途を示す図である。It is a figure which shows the use of the touchless gate of this disclosure. 第1実施形態の導波管構造体を示す図である。It is a figure which shows the waveguide structure of 1st Embodiment. 第1実施形態のアンテナ指向性を示す図である。It is a figure which shows the antenna directivity of 1st Embodiment. 第2実施形態の導波管構造体を示す図である。It is a figure which shows the waveguide structure of 2nd Embodiment. 第2実施形態のアンテナ指向性を示す図である。It is a figure which shows the antenna directivity of the 2nd Embodiment. 従来技術のアンテナ指向性を示す図である。It is a figure which shows the antenna directivity of the prior art. 第2実施形態のアンテナ指向性を示す図である。It is a figure which shows the antenna directivity of the 2nd Embodiment.

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the embodiments of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.

(本開示のスマートフォンの概要)
本開示のスマートフォン内の構造を図1に示す。スマートフォン外筐体Bの内部に配置されたスマートフォンの基板S上には、ミリ波モジュール1、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2及び導波管構造体3が配置される。
(Overview of the smartphone disclosed in this disclosure)
The structure of the smartphone of the present disclosure is shown in FIG. A millimeter-wave module 1, an antenna 2 integrated on the millimeter-wave module 1, and a waveguide structure 3 are arranged on a smartphone substrate S arranged inside the smartphone outer housing B.

ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2が、スマートフォンの基板Sの任意位置に配置されるとともに、導波管構造体3の開口部が、スマートフォン外筐体Bの端部付近に配置されるように、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2と開口部との間に導波管構造体3を配置する。 The antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 is arranged at an arbitrary position on the substrate S of the smartphone, and the opening of the waveguide structure 3 is arranged near the end of the outer housing B of the smartphone. As described above, the waveguide structure 3 is arranged between the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 and the opening.

ここで、導波管の基本モードの電磁波が、開口部から放射される一方で、導波管の高次モードの電磁波が、開口部から放射されないように、開口部のサイズは、小さいサイズに制約される。そこで、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波が、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2へと反射されないように、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2と開口部との間に整合部32(図3、5で後述)を配置することにより、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2と開口部との間のサイズ差を吸収する。なお、導波管構造体3は、スマートフォンのケースの内部に配置されるため、大きいサイズに製造することができない。そこで、開口部は、導波管の切り離し開口として形成されており、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力される電磁波のビーム幅を制御するための更なる外部のホーンを形成されていない。 Here, the size of the opening is reduced so that the electromagnetic wave of the basic mode of the waveguide is radiated from the opening while the electromagnetic wave of the higher mode of the waveguide is not radiated from the opening. Be constrained. Therefore, the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 is integrated on the millimeter wave module 1 so as not to be reflected by the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. By arranging the matching portion 32 (described later in FIGS. 3 and 5) between the antenna 2 and the opening, the size difference between the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 and the opening is absorbed. .. Since the waveguide structure 3 is arranged inside the case of the smartphone, it cannot be manufactured in a large size. Therefore, the opening is formed as a disconnection opening of the waveguide, and further forms an external horn for controlling the beam width of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. It has not been.

図1〜8では、スマートフォンのX軸方向を、スマートフォンの操作面内の短辺方向、かつ、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の延伸方向とする。スマートフォンのY軸方向を、スマートフォンの操作面内の長辺方向、かつ、導波管構造体3の延伸方向、かつ、開口部の正面方向とする。スマートフォンのZ軸方向を、スマートフォンの操作面に垂直な方向とする。 In FIGS. 1 to 8, the X-axis direction of the smartphone is the short side direction in the operation surface of the smartphone and the extension direction of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. The Y-axis direction of the smartphone is the long side direction in the operation surface of the smartphone, the extension direction of the waveguide structure 3, and the front direction of the opening. The Z-axis direction of the smartphone is the direction perpendicular to the operation surface of the smartphone.

本開示のタッチレスゲート(“TransferJet X”(IEEE802.15.3e)の応用例)の用途を図2に示す。タッチレスゲートGは、各レーンを通過する人間から見て、左右側に配置される。ゲートアンテナAは、各レーンを通過する人間から見て、天井側に配置される。複数のレーンは、左右方向に並列される。 The application of the touchless gate (application example of “TransferJet X” (IEEE802.1.3e)) of the present disclosure is shown in FIG. The touchless gates G are arranged on the left and right sides when viewed from a person passing through each lane. The gate antenna A is arranged on the ceiling side when viewed from a person passing through each lane. A plurality of lanes are arranged in parallel in the left-right direction.

図2の左欄では、各レーンを通過する人間は、スマートフォンPを歩きながら操作する。開口部の正面方向は、タッチレスゲートGの進行方向に向く。そこで、各レーンのゲートアンテナAが、各レーンを通過する人間を長時間にわたり検出するためには、スマートフォンPから出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンPのYZ平面内において、スマートフォンPのY軸方向を中心として、広いことが望ましい。一方で、各レーンのゲートアンテナAが、隣接レーンを通過する人間をスピルオーバーで検出しないためには、スマートフォンPから出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンPのXY平面内において、スマートフォンPのY軸方向を中心として、狭いことが望ましい。 In the left column of FIG. 2, a person passing through each lane operates the smartphone P while walking. The front direction of the opening faces the traveling direction of the touchless gate G. Therefore, in order for the gate antenna A of each lane to detect a person passing through each lane for a long time, the beam width of the electromagnetic wave output from the smartphone P is set to the Y of the smartphone P in the YZ plane of the smartphone P. It is desirable that it is wide around the axial direction. On the other hand, in order for the gate antenna A of each lane not to detect a person passing through the adjacent lane by spillover, the beam width of the electromagnetic wave output from the smartphone P is set to the Y of the smartphone P in the XY plane of the smartphone P. It is desirable that it is narrow around the axial direction.

図2の右欄では、各レーンを通過する人間は、スマートフォンPをポケット内に格納する。開口部の正面方向は、タッチレスゲートGの天井方向に向く。とはいえ、各レーンのゲートアンテナAが、各レーンを通過する人間を長時間にわたり検出するためには、スマートフォンPから出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンPのYZ平面内において、スマートフォンPのY軸方向を中心として、広いことが望ましい。一方で、各レーンのゲートアンテナAが、隣接レーンを通過する人間をスピルオーバーで検出しないためには、スマートフォンPから出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンPのXY平面内において、スマートフォンPのY軸方向を中心として、狭いことが望ましい。 In the right column of FIG. 2, a person passing through each lane stores the smartphone P in a pocket. The front direction of the opening faces the ceiling of the touchless gate G. However, in order for the gate antenna A of each lane to detect a person passing through each lane for a long time, the beam width of the electromagnetic wave output from the smartphone P is set in the YZ plane of the smartphone P. It is desirable that the width is wide, centered on the Y-axis direction of. On the other hand, in order for the gate antenna A of each lane not to detect a person passing through the adjacent lane by spillover, the beam width of the electromagnetic wave output from the smartphone P is set to the Y of the smartphone P in the XY plane of the smartphone P. It is desirable that it is narrow around the axial direction.

(第1実施形態の導波管構造体)
第1実施形態の導波管構造体を図3に示す。第1実施形態の導波管構造体3は、図1に示した導波管構造体3と同様に、導波部31及び整合部32を備える。導波部31は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波を伝送し外部へと放射する。整合部32は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置と導波部31との間に配置され、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2への反射を軽減する。
(Waveguide structure of the first embodiment)
The waveguide structure of the first embodiment is shown in FIG. The waveguide structure 3 of the first embodiment includes a waveguide 31 and a matching portion 32, similarly to the waveguide structure 3 shown in FIG. The waveguide 31 transmits the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 and radiates it to the outside. The matching unit 32 is arranged between the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 and the waveguide 31, and is an electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. The reflection to the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 is reduced.

導波部31及び整合部32は、矩形断面を有する。整合部32は、導波部31の側からミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置の側へと、ホーン形状に広がる。ここで、整合部32は、スマートフォンのX軸方向に延伸するミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2と開口部との間のサイズ差を吸収するために、スマートフォンのX軸方向に広がる。そして、ホーン形状は、例えば、フレヤ形状を含むことができる。導波部31及び整合部32は、これらの管壁の内部を誘電体Dで満たされている。ここで、誘電体Dは、例えば、テフロン等の樹脂である。そして、導波部31及び整合部32は、例えば、これらの形状に誘電体Dを成形した後に、誘電体Dの表面(導波部31及び整合部32の開口に対応する箇所を除く。)に金属メッキを配置することにより、製造することができる。 The waveguide 31 and the matching portion 32 have a rectangular cross section. The matching portion 32 extends in a horn shape from the side of the waveguide portion 31 to the side of the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. Here, the matching portion 32 expands in the X-axis direction of the smartphone in order to absorb the size difference between the antenna 2 integrated on the millimeter-wave module 1 extending in the X-axis direction of the smartphone and the opening. .. The horn shape can include, for example, a flare shape. The inside of the waveguide portion 31 and the matching portion 32 is filled with the dielectric D. Here, the dielectric D is, for example, a resin such as Teflon. Then, the waveguide 31 and the matching portion 32, for example, after forming the dielectric D into these shapes, the surface of the dielectric D (excluding the portion corresponding to the opening of the waveguide 31 and the matching portion 32). It can be manufactured by arranging a metal plating on the surface.

ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の延伸方向は、スマートフォンのX軸方向を向く。すると、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の電界方向は、スマートフォンのX軸方向を向く。そして、導波部31は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の偏波面を維持する。すると、開口部での電界方向は、スマートフォンのX軸方向を向く。よって、開口部の短辺方向(電界面)は、スマートフォンのX軸方向を向く必要がある。一方で、開口部の長辺方向(磁界面)は、スマートフォンのZ軸方向を向く必要がある。 The extension direction of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 faces the X-axis direction of the smartphone. Then, the electric field direction of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 faces the X-axis direction of the smartphone. Then, the waveguide 31 maintains the plane of polarization of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. Then, the electric field direction at the opening faces the X-axis direction of the smartphone. Therefore, the short side direction (electric field surface) of the opening needs to face the X-axis direction of the smartphone. On the other hand, the long side direction (magnetic field surface) of the opening needs to face the Z-axis direction of the smartphone.

すると、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのXY平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として広くなる。よって、各レーンのゲートアンテナAは、隣接レーンを通過する人間をスピルオーバーで検出しやすくなる。一方で、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのYZ平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として狭くなる。よって、各レーンのゲートアンテナAは、各レーンを通過する人間を長時間にわたり検出することができない。 Then, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening becomes wider in the XY plane of the smartphone centering on the Y-axis direction of the smartphone. Therefore, the gate antenna A in each lane can easily detect a person passing through the adjacent lane by spillover. On the other hand, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening becomes narrower in the YZ plane of the smartphone centering on the Y-axis direction of the smartphone. Therefore, the gate antenna A in each lane cannot detect a person passing through each lane for a long time.

第1実施形態のアンテナ指向性を図4に示す。図4のシミュレーション結果では、金属製のスマートフォンのケースを仮想的に適用することにより、開口部以外から電磁波が放射されない。 The antenna directivity of the first embodiment is shown in FIG. In the simulation result of FIG. 4, electromagnetic waves are not radiated from other than the opening by virtually applying the case of the metal smartphone.

図4では、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのXY平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として、157°である。一方で、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのYZ平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として、68°である。 In FIG. 4, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening is 157 ° in the XY plane of the smartphone with the Y-axis direction of the smartphone as the center. On the other hand, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening is 68 ° in the YZ plane of the smartphone with the Y-axis direction of the smartphone as the center.

このように、ミリ波モジュール1及びミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の開口部の配置の自由度を上げることができ、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2への反射を軽減することができる。そして、整合部32が導波部31の側からミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置の側へとホーン形状に広がることにより、整合部32を容易にかつ低コストに製造することができる。さらに、導波部31及び整合部32がこれらの管壁の内部を誘電体Dで満たされていることにより、導波管構造体3を小さいサイズに製造することができる。 In this way, the degree of freedom in arranging the openings of the millimeter wave module 1 and the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 can be increased, and the output is output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. It is possible to reduce the reflection of the electromagnetic waves to the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. Then, the matching portion 32 spreads in a horn shape from the side of the waveguide portion 31 to the side of the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1, so that the matching portion 32 can be manufactured easily and at low cost. can do. Further, since the waveguide portion 31 and the matching portion 32 are filled with the dielectric D inside these tube walls, the waveguide structure 3 can be manufactured in a small size.

(第2実施形態の導波管構造体)
第2実施形態の導波管構造体を図5に示す。第2実施形態の導波管構造体3は、図1に示した導波管構造体3と異なり、導波部31、整合部32及び偏波面回転部33を備える。導波部31は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波を伝送し外部へと放射する。整合部32は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置と導波部31との間に配置され、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2への反射を軽減する。偏波面回転部33は、整合部32と導波部31との間に配置され、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の偏波面を回転させる。
(Waveguide structure of the second embodiment)
The waveguide structure of the second embodiment is shown in FIG. Unlike the waveguide structure 3 shown in FIG. 1, the waveguide structure 3 of the second embodiment includes a waveguide portion 31, a matching portion 32, and a polarization plane rotating portion 33. The waveguide 31 transmits the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 and radiates it to the outside. The matching unit 32 is arranged between the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 and the waveguide 31, and is an electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. The reflection to the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 is reduced. The polarization plane rotating portion 33 is arranged between the matching portion 32 and the waveguide portion 31, and rotates the polarization plane of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1.

導波部31、整合部32及び偏波面回転部33は、矩形断面を有する。整合部32は、導波部31の側からミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置の側へと、ホーン形状に広がる。ここで、整合部32は、スマートフォンのX軸方向に延伸するミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2と開口部との間のサイズ差を吸収するために、スマートフォンのX軸方向に広がる。そして、ホーン形状は、例えば、フレヤ形状を含むことができる。導波部31、整合部32及び偏波面回転部33は、これらの管壁の内部を誘電体Dで満たされている。ここで、誘電体Dは、例えば、テフロン等の樹脂である。そして、導波部31、整合部32及び偏波面回転部33は、例えば、これらの形状に誘電体Dを成形した後に、誘電体Dの表面(導波部31、整合部32及び偏波面回転部33の開口に対応する箇所を除く。)に金属メッキを配置することにより、製造することができる。偏波面回転部33は、滑らかなツイスト形状を有し、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の偏波面を90°回転させる。 The waveguide portion 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33 have a rectangular cross section. The matching portion 32 extends in a horn shape from the side of the waveguide portion 31 to the side of the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. Here, the matching portion 32 expands in the X-axis direction of the smartphone in order to absorb the size difference between the antenna 2 integrated on the millimeter-wave module 1 extending in the X-axis direction of the smartphone and the opening. .. The horn shape can include, for example, a flare shape. The waveguide portion 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33 are filled with a dielectric D inside the tube walls. Here, the dielectric D is, for example, a resin such as Teflon. Then, the waveguide 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33, for example, after forming the dielectric D into these shapes, the surface of the dielectric D (the waveguide portion 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33). It can be manufactured by arranging the metal plating in the portion (excluding the portion corresponding to the opening of the portion 33). The polarization plane rotating unit 33 has a smooth twist shape, and rotates the polarization plane of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 by 90 °.

ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の延伸方向は、スマートフォンのX軸方向を向く。すると、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の電界方向は、スマートフォンのX軸方向を向く。そして、偏波面回転部33は、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の偏波面を90°回転させる。すると、開口部での電界方向は、スマートフォンのZ軸方向を向く。よって、開口部の短辺方向(電界面)は、スマートフォンのZ軸方向を向く必要がある。一方で、開口部の長辺方向(磁界面)は、スマートフォンのX軸方向を向く必要がある。 The extending direction of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 faces the X-axis direction of the smartphone. Then, the electric field direction of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 faces the X-axis direction of the smartphone. Then, the polarization plane rotating unit 33 rotates the polarization plane of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 by 90 °. Then, the electric field direction at the opening faces the Z-axis direction of the smartphone. Therefore, the short side direction (electric field surface) of the opening needs to face the Z-axis direction of the smartphone. On the other hand, the long side direction (magnetic field surface) of the opening needs to face the X-axis direction of the smartphone.

すると、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのXY平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として狭くなる。よって、各レーンのゲートアンテナAは、隣接レーンを通過する人間をスピルオーバーで検出しにくくなる。一方で、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのYZ平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として広くなる。よって、各レーンのゲートアンテナAは、各レーンを通過する人間を長時間にわたり検出することができる。 Then, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening becomes narrower in the XY plane of the smartphone centering on the Y-axis direction of the smartphone. Therefore, the gate antenna A in each lane is difficult to detect a person passing through the adjacent lane by spillover. On the other hand, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening becomes wider in the YZ plane of the smartphone centering on the Y-axis direction of the smartphone. Therefore, the gate antenna A in each lane can detect a person passing through each lane for a long time.

第2実施形態のアンテナ指向性を図6に示す。図6のシミュレーション結果では、金属製のスマートフォンのケースを仮想的に適用することにより、開口部以外から電磁波が放射されない。 The antenna directivity of the second embodiment is shown in FIG. In the simulation result of FIG. 6, the electromagnetic wave is not radiated from other than the opening by virtually applying the case of the metal smartphone.

図6では、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのXY平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として、107°である。一方で、開口部から出力される電磁波のビーム幅は、スマートフォンのYZ平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として、129°である。 In FIG. 6, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening is 107 ° in the XY plane of the smartphone with the Y-axis direction of the smartphone as the center. On the other hand, the beam width of the electromagnetic wave output from the opening is 129 ° in the YZ plane of the smartphone with the Y-axis direction of the smartphone as the center.

このように、ミリ波モジュール1及びミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の開口部の配置の自由度を上げることができ、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2への反射を軽減することができる。そして、整合部32が導波部31の側からミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置の側へとホーン形状に広がることにより、整合部32を容易にかつ低コストに製造することができる。さらに、導波部31、整合部32及び偏波面回転部33がこれらの管壁の内部を誘電体Dで満たされていることにより、導波管構造体3を小さいサイズに製造することができる。そして、ミリ波モジュール1と一体化されたミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置方法に制約があるときであっても、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力される電磁波の偏波面を回転させることにより、開口部の長辺方向及び短辺方向を所望の辺方向に配向することができ、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力される電磁波のビーム幅を様々な方向で所望のビーム幅に制御することができる。さらに、偏波面回転部33が矩形断面及びツイスト形状を有することにより、偏波面回転部33を容易にかつ低コストに製造することができる。 In this way, the degree of freedom in arranging the openings of the millimeter wave module 1 and the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 can be increased, and the output is output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. It is possible to reduce the reflection of the electromagnetic waves to the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. Then, the matching portion 32 spreads in a horn shape from the side of the waveguide portion 31 to the side of the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1, so that the matching portion 32 can be manufactured easily and at low cost. can do. Further, since the waveguide portion 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33 are filled with the dielectric D inside these tube walls, the waveguide structure 3 can be manufactured to a small size. .. Then, even when there are restrictions on the arrangement method of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 integrated with the millimeter wave module 1, the output is output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. By rotating the polarization plane of the electromagnetic wave to be generated, the long side direction and the short side direction of the opening can be oriented in the desired side direction, and the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 outputs the electromagnetic wave. The beam width of the electromagnetic wave can be controlled to a desired beam width in various directions. Further, since the polarization plane rotating portion 33 has a rectangular cross section and a twist shape, the polarization plane rotating portion 33 can be manufactured easily and at low cost.

(従来技術と第2実施形態との比較)
従来技術のアンテナ指向性を図7に示す。図7のシミュレーション結果では、樹脂製のスマートフォンのケースを製品同様に適用することにより、開口部がないものの、樹脂製のスマートフォンのケースから電磁波が放射され得る。
(Comparison between the prior art and the second embodiment)
The antenna directivity of the prior art is shown in FIG. In the simulation result of FIG. 7, by applying the resin smartphone case in the same manner as the product, electromagnetic waves can be radiated from the resin smartphone case even though there is no opening.

図7では、樹脂製のスマートフォンのケースから電磁波が放射され得るとともに、樹脂製のスマートフォンのケースは角の位置では他の位置より厚いため、樹脂製のスマートフォンのケースから出力される電磁波の指向性は、特定方向ではその近傍方向より落ち込むと考えられる。実際に、シミュレーション結果では、スマートフォンのXY、YZ平面内において、樹脂製のスマートフォンのケースから出力される電磁波の指向性は、特定方向ではその近傍方向より落ち込んでいる。 In FIG. 7, electromagnetic waves can be radiated from the case of the resin smartphone, and since the case of the resin smartphone is thicker than the other positions at the corner position, the directionality of the electromagnetic waves output from the case of the resin smartphone Is considered to be lower than the neighboring direction in a specific direction. In fact, according to the simulation results, the directivity of the electromagnetic wave output from the resin smartphone case in the XY and YZ planes of the smartphone is lower than that in the vicinity in a specific direction.

第2実施形態のアンテナ指向性を図8に示す。図8のシミュレーション結果では、樹脂製のスマートフォンのケースを製品同様に適用することにより、開口部があるものの、樹脂製のスマートフォンのケースから電磁波が放射され得る。 The antenna directivity of the second embodiment is shown in FIG. In the simulation result of FIG. 8, by applying the resin smartphone case in the same manner as the product, electromagnetic waves can be radiated from the resin smartphone case even though there is an opening.

図8では、樹脂製のスマートフォンのケースから電磁波が放射され得るものの、主に開口部から電磁波が放射されると考えられるため、開口部から出力される電磁波の指向性は、特定方向ではその近傍方向より落ち込まないと考えられる。実際に、シミュレーション結果では、スマートフォンのXY、YZ平面内において、開口部から出力される電磁波の指向性は、特定方向ではその近傍方向より落ち込んでいない。 In FIG. 8, although the electromagnetic wave can be radiated from the case of the resin smartphone, it is considered that the electromagnetic wave is mainly radiated from the opening. Therefore, the directivity of the electromagnetic wave output from the opening is in the vicinity thereof in a specific direction. It is considered that it does not fall from the direction. Actually, in the simulation result, in the XY and YZ planes of the smartphone, the directivity of the electromagnetic wave output from the opening is not lower than that in the vicinity thereof in a specific direction.

(変形例の導波管構造体)
第1、2実施形態では、整合部32は、導波部31の側からミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2の配置位置の側へと、ホーン形状に広がる。第1、2実施形態の変形例として、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2への反射を軽減することができるならば、整合部32の形状はどのような形状であってもよい。
(Vibration example waveguide structure)
In the first and second embodiments, the matching portion 32 extends in a horn shape from the side of the waveguide portion 31 to the side of the arrangement position of the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. As a modification of the first and second embodiments, it is possible to reduce the reflection of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 to the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1. If so, the shape of the matching portion 32 may be any shape.

第2実施形態では、導波部31、整合部32及び偏波面回転部33は、矩形断面を有し、偏波面回転部33は、滑らかなツイスト形状を有する。第2実施形態の第1変形例として、導波部31、整合部32及び偏波面回転部33は、矩形断面を有し、偏波面回転部33は、ステップツイスト形状を有してもよい。第2実施形態の第2変形例として、ミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2から出力された電磁波の偏波面を回転させることができるならば、偏波面回転部33の形状はどのような形状であってもよい。 In the second embodiment, the waveguide portion 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33 have a rectangular cross section, and the polarization plane rotating portion 33 has a smooth twist shape. As a first modification of the second embodiment, the waveguide portion 31, the matching portion 32, and the polarization plane rotating portion 33 may have a rectangular cross section, and the polarization plane rotating portion 33 may have a step twist shape. As a second modification of the second embodiment, if the plane of polarization of the electromagnetic wave output from the antenna 2 integrated on the millimeter wave module 1 can be rotated, what is the shape of the plane of polarization 33? Shape may be used.

第2実施形態では、各レーンを通過する人間が、スマートフォンを歩きながら操作するときと、スマートフォンをポケット内に格納するときと、を想定している。そこで、スマートフォンから出力される電磁波のビーム幅が、スマートフォンのYZ/XY平面内において、スマートフォンのY軸方向を中心として、広く/狭くなるように、1本のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2に対して1個の開口部をスマートフォンのY軸方向に向けている。 In the second embodiment, it is assumed that a person passing through each lane operates the smartphone while walking and stores the smartphone in a pocket. Therefore, the beam width of the electromagnetic wave output from the smartphone is integrated on one millimeter-wave module 1 so as to be wider / narrower in the YZ / XY plane of the smartphone with the Y-axis direction of the smartphone as the center. One opening is oriented in the Y-axis direction of the smartphone with respect to the antenna 2.

第2実施形態の変形例では、各レーンを通過する人間が、スマートフォンをかばん内に様々な方向に格納するときを想定してもよい。そこで、スマートフォンから出力される電磁波のビーム幅が、スマートフォンの様々な方向で無指向性になるように、1本のミリ波モジュール1上に一体化されたアンテナ2に対して複数の開口部をスマートフォンの様々な方向に向けてもよい。 In the modified example of the second embodiment, it may be assumed that a person passing through each lane stores the smartphone in the bag in various directions. Therefore, a plurality of openings are provided for the antenna 2 integrated on one millimeter-wave module 1 so that the beam width of the electromagnetic wave output from the smartphone becomes omnidirectional in various directions of the smartphone. You may point it in various directions on your smartphone.

本開示の導波管構造体は、ミリ波帯を利用する通信端末において、ミリ波モジュール及びアンテナの開口部の配置の自由度を上げることができる。 The waveguide structure of the present disclosure can increase the degree of freedom in arranging the millimeter wave module and the opening of the antenna in the communication terminal using the millimeter wave band.

B:スマートフォン外筐体
S:基板
G:タッチレスゲート
A:ゲートアンテナ
P:スマートフォン
D:誘電体
1:ミリ波モジュール
2:アンテナ
3:導波管構造体
31:導波部
32:整合部
33:偏波面回転部
B: Smartphone outer housing S: Substrate G: Touchless gate A: Gate antenna P: Smartphone D: Dielectric 1: Millimeter wave module 2: Antenna 3: Waveguide structure 31: Waveguide 32: Matching section 33 : Polarized plane rotating part

Claims (5)

アンテナから出力された電磁波を伝送し外部へと放射する導波部と、
前記アンテナの配置位置と前記導波部との間に配置され、前記アンテナから出力された電磁波の前記アンテナへの反射を軽減する整合部と、
を備えることを特徴とする導波管構造体。
A waveguide that transmits electromagnetic waves output from the antenna and radiates it to the outside.
A matching portion, which is arranged between the arrangement position of the antenna and the waveguide and reduces the reflection of the electromagnetic wave output from the antenna to the antenna,
A waveguide structure comprising.
前記整合部は、前記導波部の側から前記アンテナの配置位置の側へと、ホーン形状に広がることを特徴とする、請求項1に記載の導波管構造体。 The waveguide structure according to claim 1, wherein the matching portion extends in a horn shape from the side of the waveguide to the side of the arrangement position of the antenna. 前記整合部と前記導波部との間に配置され、前記アンテナから出力された電磁波の偏波面を回転させる偏波面回転部、
をさらに備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の導波管構造体。
A plane rotating portion, which is arranged between the matching portion and the waveguide and rotates the plane of polarization of the electromagnetic wave output from the antenna.
The waveguide structure according to claim 1 or 2, further comprising.
前記導波部、前記整合部及び前記偏波面回転部は、矩形断面を有し、前記偏波面回転部は、ツイスト形状を有することを特徴とする、請求項3に記載の導波管構造体。 The waveguide structure according to claim 3, wherein the waveguide, the matching portion, and the polarization plane rotating portion have a rectangular cross section, and the polarization plane rotating portion has a twisted shape. .. 前記導波部及び前記整合部は、これらの管壁の内部を誘電体で満たされていることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の導波管構造体。 The waveguide structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the waveguide and the matching portion are filled with a dielectric material inside these tube walls.
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