JP2009278501A - アンテナ用筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ放射素子１２を覆うレドームとしてのアンテナ用筐体２０で、低仰角方向の感度を改善したアンテナ用筐体を提供する。
【解決手段】アンテナ放射素子１２を天頂側から低仰角側まで覆うアンテナ用筐体２０であって、少なくとも低仰角側の部分で、アンテナ放射素子１２から放射された電波がアンテナ用筐体２０を構成する誘電体部材内に入射する入射位置Ａにおけるアンテナ用筐体２０の内周面２０ａの天頂方向を含む縦断面上の接線の入射位置Ａより下部分と電波が入射する方向との角度（θ１）が、誘電体部材内に入射した電波が誘電体部材からアンテナ用筐体２０の外方に放射される放射位置Ｂにおけるアンテナ用筐体２０の外周面２０ｂの天頂方向を含む縦断面上の接線の放射位置Ｂより下部分と電波が誘電体部材内に入射した方向との角度（θ２）よりも、小さく（θ１＜θ２）なるように、内周面２０ａと外周面２０ｂを構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＧＰＳアンテナまたは移動体通信用アンテナ等の平面型のアンテナ放射素子を覆うアンテナ用筐体により、低仰角方向のアンテナ感度を改善するようにしたアンテナ用筐体に関するものである。

ＧＰＳアンテナまたは移動体通信用アンテナ等の平面型のアンテナ放射素子として、誘電体基板上に放電電極を設けたマイクロストリップアンテナが汎用されている。このアンテナ放射素子にあっては、天頂方向の感度は優れているが、低仰角方向の感度は天頂方向に比べて低くなる問題点がある。そこで、この低仰角方向の感度を向上させることを図った技術が、特開平０５−１９９０３２号公報で提案されている。この技術は、マイクロストリップアンテナの外周端の周囲に環状に、断面が三角形状の誘電体を配設したものである。この断面が三角形状の誘電体によるプリズム効果で、電波を低仰角方向に屈折させて、低仰角方向のアンテナ感度を向上させたものである。
特開平０５−１９９０３２号公報

ところで、ＧＰＳアンテナまたは移動体通信用アンテナ等の平面型のアンテナ放射素子にあっては、これを機械的に保護するために、一般的に、天頂方向から低仰角方向までを覆うレドームが配設される。従来のレド−ムにあっては、図８および図９に示すごとく、そのレドームとしてのアンテナ用筐体１０の断面は一定の厚さで、ＡＢＳ樹脂やＡＳＡ樹脂などで形成され、機械的強度が強くかつ耐候性があり、しかもアンテナ放射素子１２のアンテナ特性になるべく影響がないように、比誘電率の小さい誘電体材料（εγ＝２〜３）が用いられていた。なお、図８は、従来のアンテナ用筐体の外観斜視図であり、図９は、図８の従来のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態のＡ−Ａ縦断面図である。

上記の特開平０５−１９９０３２号公報で提案された技術にあっては、低仰角方向の電波を高い感度で送受信できる優れたものである。しかるに、マイクロストリップアンテナの外周端の周囲に、断面が三角形状の誘電体を環状に配設しているので、この誘電体の影響を受ける仰角と影響を全く受けない仰角との間で感度に大きな相違を生ずる虞がある。また、このマイクロストリップアンテナを保護するためのレドームが別途に必要となる。そこで、発明者らは、レドームとしてのアンテナ用筐体を単にアンテナ放射素子を保護するための部材として用いるだけでなく、アンテナ放射素子のアンテナ特性を改善するためにも用いることを考えた。

本発明は、上述のごとき事情により発明されたもので、アンテナ放射素子を覆うレドームとしてのアンテナ用筐体により、低仰角方向の感度を改善するようにしたアンテナ用筐体を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明のアンテナ用筐体は、アンテナ放射素子を天頂側から低仰角側まで覆うアンテナ用筐体であって、前記アンテナ用筐体の少なくとも前記低仰角側の部分で、前記アンテナ放射素子から放射された電波が前記アンテナ用筐体を構成する誘電体部材内に入射する入射位置における前記アンテナ用筐体の内周面の天頂方向を含む縦断面上の接線の前記入射位置より下部分と前記電波が入射する方向との角度（θ１）が、前記誘電体部材内に入射した前記電波が前記誘電体部材から前記アンテナ用筐体の外方に放射される放射位置における前記アンテナ用筐体の外周面の前記天頂方向を含む縦断面上の接線の前記放射位置より下部分と前記電波が前記誘電体部材内に入射した方向との角度（θ２）よりも、小さく（θ１＜θ２）なるように前記アンテナ用筐体の前記内周面と前記外周面が構成されている。

そして、前記アンテナ用筐体の前記誘電体部材が、アンテナとして動作が必要とされる低仰角側の部分で、より低仰角となる下側ほど厚くなるように構成しても良い。

また、前記アンテナ放射素子から放射された電波が前記誘電体部材内に入射する入射位置における前記内周面の傾きより、前記電波が前記誘電体部材から外方に放射される放射位置における前記外周面の傾きが、より水平方向に近くなるように前記アンテナ用筐体の前記内周面と前記外周面を構成しても良い。

さらに、前記アンテナ用筐体の前記内周面と前記外周面を、いずれも球面または楕円状球面で構成しても良い。

そしてまた、前記アンテナ用筐体を構成する誘電体部材を、比誘電率が１０以上でしかも誘電正接が０．００１以下の素材で構成しても良い。

請求項１ないし３記載のアンテナ用筐体にあっては、アンテナ用筐体の少なくとも低仰角側の部分で、アンテナ用筐体を構成する誘電体部材内に入射する入射位置におけるアンテナ用筐体の内周面と電波が入射する方向との角度（θ１）が、誘電体部材から外方に放射される放射位置における外周面と電波が誘電体部材内に入射した方向との角度（θ２）よりも、小さく（θ１＜θ２）構成されているので、内周面と外周面が電波の入射した方向に対する角度が同じものと比較して、より低い仰角で放射される。もって、低仰角方向の感度が向上する。しかも、アンテナ放射素子を覆うレド−ムとしてのアンテナ用筐体を用いて低仰角方向の感度を改善するので、部品点数は従来と同じである。

そして、請求項４記載のアンテナ用筐体にあっては、内周面と外周面が球面または楕円状球面としたので、天頂方向から低仰角方向までアンテナ用筐体の断面形状が連続して変化し、アンテナ用筐体によりアンテナ特性の感度が急激に変化するような仰角を生じさせない。

さらに、請求項５記載のアンテナ用筐体にあっては、アンテナ用筐体を構成する誘電体部材の比誘電率が大きいので、誘電体部材内に入射もしくは誘電体内から放射される際の電波の屈折する角度が大きく、より低仰角方向に電波を放射することができる。しかも、実験によれば、天頂方向の感度も改善しており、アンテナ用筐体もアンテナ放射素子として作用し、放射面積が広がった分だけ感度が改善したと考えられる。そして、誘電正接の小さい素材を用いることで、アンテナ用筐体による損失をできるだけ小さなものとすることができる。

以下、本発明の第１実施例を図１ないし図３を参照して説明する。図１は、本発明のアンテナ用筐体の第１実施例の外観斜視図である。図２は、図１のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態の図１のＢ−Ｂ縦断面図である。図３は、図１のアンテナ用筐体の構造で低仰角方向の感度が向上することを説明するための図である。

図１ないし図３において、本発明の第１実施例のアンテナ用筐体２０は、平面形状が円形のお椀を伏せたような形状で、その内周面２０ａと外周面２０ｂがともに球面または楕円状球面に構成され、その内周面２０ａの曲率よりも、外周面２０ｂの曲率が大きくなるような形状である。そして、一例として、ＰＰＳ樹脂等の比誘電率が大きく（εγ＝１０以上）て誘電正接の小さい（０．００１以下）誘電体部材で構成されている。さらに、その内部に、平面型等のアンテナ放射素子１２が配設され、アンテナ用筐体２０によりアンテナ放射素子１２が天頂側から低仰角側まで覆われる。しかも、アンテナ用筐体２０の少なくとも低仰角側の部分で、アンテナ放射素子１２から放射された電波がアンテナ用筐体２０を構成する誘電体部材内に入射する入射位置Ａにおけるアンテナ用筐体の内周面２０ａの天頂方向を含む縦断面上の接線の入射位置Ａより下部分と電波が入射する方向との角度をθ１とし、誘電体部材内に入射した電波が誘電体部材からアンテナ用筐体２０の外方に放射される放射位置Ｂにおけるアンテナ用筐体２０の外周面２０ｂの天頂方向を含む縦断面上の接線の放射位置Ｂより下部分と電波が誘電体部材内に入射した方向との角度をθ２とすると、角度θ１が角度θ２よりも小さく（θ１＜θ２）なるように、アンテナ用筐体２０の内周面２０ａと外周面２０ｂが構成されている。かかる構造は、アンテナ用筐体２０の誘電体部材が、アンテナとして動作が必要とされる低仰角側の部分で、より低仰角となる下側ほど厚くなるように構成されたものでもある。また、アンテナ放射素子１２から放射された電波がアンテナ用筐体２０の誘電体部材内に入射する入射位置Ａにおける内周面２０ａの傾きより、電波が誘電体部材から外方に放射される放射位置Ｂにおける外周面２０ｂの傾きが、より水平方向に近くなるようにアンテナ用筐体２０の内周面２０ａと外周面２０ｂとが構成されたものでもある。

かかる構成からなる第１実施例のアンテナ用筐体２０にあっては、外周面２０ｂの放射位置Ｂから外方に放射される電波の放射方向は、内周面２０ａの入射位置Ａに入射する電波の入射方向よりも、低くい仰角方向となる。そこで、アンテナ用筐体２０により低仰角側のアンテナの感度の向上が図られる。これは、アンテナ用筐体２０の内方と外方がともに比誘電率が１の空気であり、アンテナ用筐体２０の誘電体部材は空気よりも遙かに大きな比誘電率であるために、誘電体部材に入射および放射される際に、スネルの法則により、電波の方向が屈折され、入射位置Ａでの内周面２０ａと電波が入射する方向との角度（θ１）を、放射位置Ｂでの外周面２０ｂと電波が誘電体部材内に入射した方向との角度（θ２）よりも小さく（θ１＜θ２）することで、入射位置Ａに入射する電波の入射方向よりも、放射位置Ｂから放射される電波の放射方向が、低くい仰角方向となる。

ここで、入射位置Ａに入射する電波の入射方向よりも、放射位置Ｂから放射される電波の放射方向が、より低くい仰角方向となることを簡単に説明する。まず、図３において、入射位置Ａで内周面２０ａの接線に対する垂直線と電波の入射方向の角度をα１とし、誘電体部材内に入射して屈曲されて進む方向の角度をγ１とし、放射位置Ｂで外周面２０ｂの接線に対する垂直線と電波の入射方向の角度をα２とし、誘電体部材内から放射されて屈曲されて進む方向の角度をγ２とする。また、内周面２０ａと外周面２０ｂの傾きの違いの角度をβとする。この角度βは、内周面２０ａと外周面２０ｂのそれぞれの接線に対する垂直線のなす角度でもある。さらに、内周面２０ａの接線に対する垂直線と平行な線に対して、放射位置Ｂから放射される電波の放射方向のなす角度をγ２’とする。すると、θ１＝α１＋９０°であり、θ２＝θ１＋βである。そして、スネルの法則により、γ１／α１＝α２／γ２である。さらに、α２＝γ１＋βである。そして、γ２’＝γ２−βである。これらの式から、γ２’＝α１＋β・α１／γ１−βとなる。そして、α１＞γ１であるために、γ２’＞α１となり、入射位置Ａに入射する電波の入射方向よりも、放射位置Ｂから放射される電波の放射方向が、より低くい仰角方向となる。

本発明者らは、実験により本発明の第１実施例のアンテナ用筐体２０と従来のアンテナ用筐体１０によるアンテナ特性を比較した。まず、アンテナ用筐体１０、２０をいずれも比誘電率が３の同じ誘電部材で構成して測定した。なお、本発明のアンテナ用筐体２０にあっては、平面寸法が４６ｍｍの直径を有する円形で高さが１２ｍｍであり、従来のアンテナ用筐体１０は図８および図９に示す形状で、平面寸法が３５．５×３０．４ｍｍで高さが１１．５ｍｍである。測定結果は、本発明のアンテナ用筐体２０が天頂方向で０．６ｄＢｉｃで＋１０度の低仰角方向で−４．２ｄＢｉｃであったのに対して、従来のアンテナ用筐体１０では天頂方向で０．６ｄＢｉｃで＋１０度の低仰角方向で−５．６ｄＢｉｃであった。したがって、低仰角方向にて感度の向上が図られている。さらに、本発明のアンテナ用筐体２０を比誘電率が２０の誘電部材で構成して測定した。すると、比誘電率が２０の本発明のアンテナ用筐体２０では、天頂方向で１．１ｄＢｉｃで＋１０度の低仰角方向で−３．８ｄＢｉｃとなり、比誘電率の大きな誘電部材に変更することにより、全体的にあらゆる仰角方向で感度が向上した。これは、アンテナ用筐体２０もアンテナ放射素子として作用し、放射面積が広がった分だけ感度が改善したと考えられる。なお、比誘電率が高く誘電正接が０．００１以下と小さい素材を用いることで、アンテナ用筐体２０による損失をできるだけ小さなものとしている。さらに、発明者らは、本発明の第１実施例のアンテナ用筐体２０を比誘電率が３、５、１０、２０、２５、３０の誘電部材でそれぞれに構成して、アンテナ特性をそれぞれに測定した。すると、＋１０度の低仰角方向で−２．３ｄＢｉｃ、−２．１ｄＢｉｃ、−１．８ｄＢｉｃ、−１．５ｄＢｉｃ、−１．５ｄＢｉｃ、−１．３ｄＢｉｃとそれぞれの感度が得られた。これらの測定結果から、比誘電率が１０以上の誘電体部材を用いると、より感度が向上することが分かった。

次に、本発明の第２実施例を図４および図５を参照して説明する。図４は、第２実施例のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態の縦断面図である。図５は、図４のアンテナ用筐体の構造で低仰角方向の感度が向上することを説明するための図である。図４および図５において、図１ないし図３と同じまたは均等な部材には、同じ符号を付けて重複説明を省略する。

図４および図５において、本発明の第２実施例のアンテナ用筐体３０は、その外観は図８に示す従来のものとほぼ外観が同じで、断面形状が略台形であるが、アンテナとして動作が必要とされる低仰角側の部分で、より低仰角となる下側ほど厚くなるように構成されており、アンテナ放射素子１２から放射された電波がアンテナ用筐体３０の誘電体部材内に入射する入射位置Ａにおける内周面３０ａの傾きより、電波が誘電体部材から外方に放射される放射位置Ｂにおける外周面３０ｂの傾きが、より水平方向に近くなるようにアンテナ用筐体３０の内周面３０ａと外周面３０ｂが構成されている。そして、その内部に、平面型等のアンテナ放射素子１２が配設され、アンテナ用筐体３０によりアンテナ放射素子１２が天頂側から低仰角側まで覆われる。もって、アンテナ放射素子１２から放射された電波がアンテナ用筐体３０を構成する誘電体部材内に入射する入射位置Ａにおけるアンテナ用筐体の内周面３０ａの天頂方向を含む縦断面上の接線の入射位置Ａより下部分と電波が入射する方向との角度をθ１とし、誘電体部材内に入射した電波が誘電体部材からアンテナ用筐体３０の外方に放射される放射位置Ｂにおけるアンテナ用筐体３０の外周面３０ｂの天頂方向を含む縦断面上の接線の放射位置Ｂより下部分と電波が誘電体部材内に入射した方向との角度をθ２とすると、角度θ１が角度θ２よりも小さく（θ１＜θ２）なるように、アンテナ用筐体３０の内周面３０ａと外周面３０ｂが構成されている。

かかる構成からなる第２実施例のアンテナ用筐体３０にあっても、第１実施例と同様に、外周面３０ｂの放射位置Ｂから外方に放射される電波の放射方向は、内周面３０ａの入射位置Ａに入射する電波の入射方向よりも、低くい仰角方向となり、アンテナ用筐体３０により低仰角側のアンテナの感度の向上が図られる。

なお、低仰角方向の部分であっても、アンテナとしての動作が必要とされない低仰角部分では、図６に示すごとく、アンテナ用筐体４０の外周面４０ｂの外縁部４０ｃが縦方向に切断されたものであっても良い。図６は、第３実施例のアンテナ用筐体４０でアンテナ放射素子１２を覆った状態の縦断面図である。アンテナとしての動作が必要とされる低仰角側の部分では、アンテナ用筐体４０の内周面４０ａと外周面４０ｂの傾きが、第１および第２実施例と同様に設定されることは勿論である。

また、低仰角方向の部分であっても、アンテナとしての動作が必要とされない低仰角部分では、図７に示すごとく、アンテナ用筐体５０の外周面５０ｂの外縁部５０ｃが下側が内側に食い込む傾斜面で切断されたものであっても良い。図７は、第４実施例のアンテナ用筐体５０でアンテナ放射素子１２を覆った状態の縦断面図である。アンテナとしての動作が必要とされる低仰角側の部分では、アンテナ用筐体５０の内周面５０ａと外周面５０ｂの傾きが、第１および第２実施例と同様に設定されることは勿論である。

本発明のアンテナ用筐体の第１実施例の外観斜視図である。 図１のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態の図１のＢ−Ｂ縦断面図である。 図１のアンテナ用筐体の構造で低仰角方向の感度が向上することを説明するための図である。 第２実施例のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態の縦断面図である。 図４のアンテナ用筐体の構造で低仰角方向の感度が向上することを説明するための図である。 第３実施例のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態の縦断面図である。 第４実施例のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態の縦断面図である。 従来のアンテナ用筐体の外観斜視図である。 図８の従来のアンテナ用筐体でアンテナ放射素子を覆った状態のＡ−Ａ縦断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０ アンテナ用筐体
１２ アンテナ放射素子
２０ａ、３０ａ、４０ａ、５０ａ 内周面
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ 外周面
θ１ 入射位置Ａでの内周面の接線と電波が入射する方向との角度
θ２ 放射位置Ｂでの外周面の接線と電波が誘電体部材内に入射した方向との角度

Claims (5)

1. アンテナ放射素子を天頂側から低仰角側まで覆うアンテナ用筐体であって、前記アンテナ用筐体の少なくとも前記低仰角側の部分で、前記アンテナ放射素子から放射された電波が前記アンテナ用筐体を構成する誘電体部材内に入射する入射位置における前記アンテナ用筐体の内周面の天頂方向を含む縦断面上の接線の前記入射位置より下部分と前記電波が入射する方向との角度（θ１）が、前記誘電体部材内に入射した前記電波が前記誘電体部材から前記アンテナ用筐体の外方に放射される放射位置における前記アンテナ用筐体の外周面の前記天頂方向を含む縦断面上の接線の前記放射位置より下部分と前記電波が前記誘電体部材内に入射した方向との角度（θ２）よりも、小さく（θ１＜θ２）なるように前記アンテナ用筐体の前記内周面と前記外周面を構成したことを特徴とするアンテナ用筐体。
2. 請求項１記載のアンテナ用筐体において、前記アンテナ用筐体の前記誘電体部材が、アンテナとして動作が必要とされる低仰角側の部分で、より低仰角となる下側ほど厚くなるように構成したことを特徴とするアンテナ用筐体。
3. 請求項１記載のアンテナ用筐体において、前記アンテナ放射素子から放射された電波が前記誘電体部材内に入射する入射位置における前記内周面の傾きより、前記電波が前記誘電体部材から外方に放射される放射位置における前記外周面の傾きが、より水平方向に近くなるように前記アンテナ用筐体の前記内周面と前記外周面を構成したことを特徴とするアンテナ用筐体。
4. 請求項１記載のアンテナ用筐体において、前記アンテナ用筐体の前記内周面と前記外周面を、いずれも球面または楕円状球面で構成したことを特徴とするアンテナ用筐体。
5. 請求項１ないし４記載のいずれかのアンテナ用筐体において、前記アンテナ用筐体を構成する誘電体部材を、比誘電率が１０以上でしかも誘電正接が０．００１以下の素材で構成したことを特徴とするアンテナ用筐体。