JP2015041994A - スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】スロットアンテナの指向性を改善する。【解決手段】基板に配置された伝送線路と、前記伝送線路により給電される給電スロット素子と、前記給電スロット素子の近傍に配置された無給電スロット素子とを備えているスロットアンテナ。【選択図】図１

Description

本発明は、スロットアンテナに関するものである。

スロットアンテナは、導波管により給電されるものや、マイクロストリップラインにより給電されるものなどがある。マイクロストリップラインにより給電されるスロットアンテナとして、図２６に示すように、基板１０１に配置された伝送線路１０２と、金属板１０３に形成された給電スロット素子１０４とによって構成されたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このようなスロットアンテナは、基板１０１と金属板１０３とを用いてアンテナを構成することができるため、パッチアンテナと比較すると、部品点数が少なく低コストで製作することができるという利点や、アンテナ素子のはんだ付けが不要になるため振動や衝撃に対して強いという利点がある。

A Novel Broadband Microstrip-Fed Wide Slot Antenna With Double Rejection Zeros"IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，vol.2，2003年，194〜196ページ

特許第３５５１２２７号公報 特許第３５５１２３１号公報

上記スロットアンテナは、給電スロット素子の指向性を改善することが要望されている。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、スロットアンテナの指向性を改善することを目的とする。

本発明は、基板に配置された伝送線路と、前記伝送線路により給電される給電スロット素子と、前記給電スロット素子の近傍に配置された無給電スロット素子とを備えているスロットアンテナである。

本発明によれば、スロットアンテナの指向性を改善することができる。

本発明の第１実施形態に係るスロットアンテナの斜視図である。 スロットアンテナの断面図である。 スロットアンテナの基板の正面図である。 スロットアンテナの変形例を示す断面図である。 伝送線路の変形例を示す基板の正面図である。 従来のスロットアンテナにおける隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示す図である。 第１実施形態のスロットアンテナにおける隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示す図である。 従来のスロットアンテナの垂直面指向性である。 第１実施形態のスロットアンテナの垂直面指向性である。 第１実施形態の実施例に係るスロットアンテナの斜視図である。 比較例に係るスロットアンテナの斜視図である。 実施例のスロットアンテナの垂直面指向性である。 比較例のスロットアンテナの垂直面指向性である。 第２実施形態に係るスロットアンテナの斜視図である。 第２実施形態のスロットアンテナにおける隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示す図である。 第２実施形態のスロットアンテナの垂直面指向性である。 本発明の第３実施形態に係るスロットアンテナの斜視図である。 第３実施形態のスロットアンテナの断面図である。 第１実施形態のスロットアンテナの水平面指向性である。 第３実施形態のスロットアンテナの水平面指向性である。 本発明の第４実施形態のスロットアンテナの正面図である。 第４実施形態のスロットアンテナの断面図である。 第４実施形態のスロットアンテナの断面図である。 第４実施形態のスロットアンテナにおいて無給電スロット素子が形成されていない場合における隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示す図である。 第４実施形態のスロットアンテナにおける隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示す図である。 従来のスロットアンテナを示す斜視図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本発明の実施形態に係るスロットアンテナは、基板に配置された伝送線路と、前記伝送線路により給電される給電スロット素子と、前記給電スロット素子の近傍に配置された無給電スロット素子とを備えている。
上記のように構成されたスロットアンテナによれば、給電スロット素子の近傍に配置された無給電スロット素子により、スロットアンテナの指向性を改善することができる。

（２）前記（１）の前記給電スロット素子は複数配置されており、前記無給電スロット素子は、隣接する前記給電スロット素子同士の間に配置されているのが好ましい。
この場合、隣接する給電スロット素子のうち一方の給電スロット素子から放射された電波が他方の給電スロット素子に向かうのを、無給電スロット素子により抑制することができる。これにより、各給電スロット素子における回り込み波の影響を抑制することができるため、スロットアンテナのＶＳＷＲ特性を改善することができる。

（３）前記（１）の前記無給電スロット素子は、前記給電スロット素子の両側にそれぞれ配置されているのが好ましい。
この場合、給電スロット素子の両側に配置された無給電スロット素子により、スロットアンテナの指向性を改善することができる。

（４）前記（２）の前記無給電スロット素子は、複数の前記給電スロット素子のうち最外側に配置された給電スロット素子のさらに外側にも配置されているのが好ましい。
この場合、スロットアンテナのＶＳＷＲ特性及び指向性をさらに改善することができる。

（５）前記（２）又は（４）の複数の前記給電スロット素子は偏波方向に沿って配置されているのが好ましい。ここで、「偏波方向」とは、給電スロット素子から電波を放射したときに電界が振動する方向である。
この場合、偏波方向に隣接する給電スロット素子のうち一方の給電スロット素子から放射された電波が他方の給電スロット素子に向かうのを、無給電スロット素子により抑制することができる。これにより、偏波方向に沿って配置された各給電スロット素子における回り込み波の影響を効果的に抑制することができるため、スロットアンテナのＶＳＷＲ特性を改善することができる。

（６）前記（３）の前記無給電スロット素子は、前記給電スロット素子の偏波方向の両側にそれぞれ配置されているのが好ましい。
この場合、スロットアンテナの指向性を改善することができる。

（７）前記（１）のスロットアンテナは、前記給電スロット素子から放射された電波を反射する反射板をさらに備え、前記給電スロット素子は、偏波方向に直交する直交方向に沿って複数配置されており、前記無給電スロット素子は、前記給電スロット素子の偏波方向の両側にそれぞれ配置されているのが好ましい。
この場合、偏波方向に直交する直交方向に沿って配置された給電スロット素子の偏波方向の両側に配置された無給電スロット素子により、各給電スロット素子における回り込み波の影響を抑制することができる。これにより、スロットアンテナのＶＳＷＲ特性を改善することができる。

（８）前記（１）〜（７）のいずれかの前記伝送線路は、前記給電スロット素子と交差する交差部と、前記交差部から前記無給電スロット素子側に延長された延長部とを有し、前記延長部の少なくとも一部が、前記交差部に対して曲げられているのが好ましい。
この場合、伝送線路の延長部を隣接する無給電スロット素子と交差しないように配置することができる。

（９）前記（１）〜（７）のいずれかの前記伝送線路は、前記給電スロット素子と交差する交差部と、前記交差部と給電点とを接続する給電ラインとを有し、前記給電ラインは、前記無給電スロット素子を避けて配置されているのが好ましい。
この場合、伝送線路の給電ラインが無給電スロット素子と交差するのを防止することができる。

（１０）前記（９）の前記給電スロット素子は、３個以上配置されており、前記給電ラインは、隣接する前記給電スロット素子と前記無給電スロット素子との間を通過するように配置されているのが好ましい。
この場合、隣接する給電スロット素子と無給電スロット素子との間のスペースを、給電ラインを配置するスペースとして利用することができるため、給電ラインをコンパクトに配置することができる。

（１１）前記（１）〜（１０）のいずれかの前記給電スロット素子及び前記無給電スロット素子は、いずれも前記基板の両面側に配置されているのが好ましい。
この場合、基板の両面側に配置された各給電スロット素子から基板の垂直方向両側にそれぞれ電波が放射されるため、基板の片面側にのみ給電スロット素子が配置されている場合に比べて、前記垂直方向両側の利得の差を小さくすることができる。また、基板の両面側に配置された各給電スロット素子のインピーダンスが等価回路上、並列に配置されるため、各給電スロット素子のインピーダンスを下げることができる。これにより、スロットアンテナの耐電力を上げることができる。

（１２）前記（２）、（４）及び（５）のいずれかの隣接する前記給電スロット素子同士の間に配置された前記無給電スロット素子は、当該給電スロット素子同士の間の中央部に配置されているのが好ましい。
この場合、スロットアンテナのＶＳＷＲ特性を改善することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づき詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係るスロットアンテナ１の斜視図である。また、図２はそのスロットアンテナ１の断面図である。このスロットアンテナ１は、例えばマラソン中継の中継車に設置され、この中継車からテレビジョン信号をビル屋上等に設置された受信アンテナに向けて送信するアンテナとして好適に用いられる。本実施形態におけるスロットアンテナ１は、２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波を放射するものである。なお、本実施形態のスロットアンテナ１は、垂直偏波用であるが、水平偏波用として用いることも可能である。

スロットアンテナ１は、誘電体からなる基板２に配置された伝送線路３と、金属板４に形成された複数（ここでは３個）の給電スロット素子１１，１２，１３と、前記金属板４に形成された複数（ここでは４個）の無給電スロット素子２１，２２，２３，２４とを備えている。
なお、本明細書では、基板２に対して垂直な方向をＺ軸方向とし、基板２の長手方向に沿う方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の双方に直交する方向をＹ軸方向とする。また、Ｚ軸方向のうち、正方向（図２の上側）を前側とし、負方向（図２の下側）を後側とする。

金属板４は、複数の合成樹脂製のスペーサ５により、基板２の前側に所定間隔をあけて配置されている。給電スロット素子１１〜１３は、金属板４の偏波方向に沿って所定間隔毎に形成されている。給電スロット素子１１〜１３は、伝送線路３の各交差部３２Ａ〜３２Ｃ（後述）から給電されることで、金属板４の前後方向に指向した放射パターンを形成する水平面指向性を有している。ここで、本明細書において「偏波方向」とは、給電スロット素子から電波を放射したときに電界が振動する方向であり、本実施形態ではＸ軸方向となる。

各給電スロット素子１１〜１３は、金属板４をその厚さ方向に貫通して形成された矩形状の孔からなり、その長手方向が金属板４のＹ軸方向に延びて形成されている。本実施形態の給電スロット素子１１〜１３は、２．３５ＧＨｚの周波数の波長λに対して、長手方向の長さ寸法が０．６λ（＝７７．５ｍｍ）、短手方向の長さ寸法が０.０５λ（＝７．５ｍｍ）に設定されている。また、隣接する給電スロット素子同士のピッチ間隔Ｐ１（図１参照）は、０．５λ〜λ（ここではλ）に設定されている。なお、本実施形態の給電スロット素子の数は３個に限定されるものではなく、１個以上であれば良い。また、給電スロット素子１１〜１３は偏波方向に沿って配置されているが、偏波方向と直交する直交方向に配置されていても良い。

無給電スロット素子２１〜２４は、伝送線路３から給電されないスロット素子であり、それぞれ給電スロット素子１１〜１３の近傍（好ましくは最も近い給電スロット素子からの離反距離が０．２５λ〜０．５λ）に配置されている。具体的には、隣接する給電スロット素子１１，１２同士の間の中央部には無給電スロット素子２２が配置され、隣接する給電スロット素子１２，１３同士の間の中央部には無給電スロット素子２３が配置されている。また、Ｘ軸正方向の最外側に配置された給電スロット素子１１のさらに外側には無給電スロット素子２１が配置され、Ｘ軸負方向の最外側に配置された給電スロット素子１３のさらに外側には無給電スロット素子２４が配置されている。換言すれば、各給電スロット素子の偏波方向の両側に一対の無給電スロット素子がそれぞれ配置されている。

無給電スロット素子２１〜２４は、金属板４をその厚さ方向に貫通して形成された矩形状の孔からなり、その長手方向が金属板４のＹ軸方向に延びて形成されている。本実施形態の無給電スロット素子２１〜２４は、前記波長λに対して、長手方向の長さ寸法が０．６λ（＝７７．５ｍｍ）、短手方向の長さ寸法が０.０８λ（＝１０．０ｍｍ）に設定されている。また、隣接する給電スロット素子と無給電スロット素子とのピッチ間隔Ｐ２（図１参照）は、０．２５λ〜０．５λ（ここでは０．５λ）に設定されている。
なお、本実施形態の無給電スロット素子は隣接する給電スロット素子同士の間に１個配置されているが、２個以上配置されていても良い。また、本実施形態の無給電スロット素子の数は４個に限定されるものではなく、１個以上であれば良い。さらに、本実施形態の無給電スロット素子は偏波方向に隣接する給電スロット素子同士の間に配置されているが、直交方向に隣接する給電スロット素子同士の間に配置されていても良い。

図３は基板２の正面図である。図３に示すように、伝送線路３は、基板２の前面に配置されており、正面視において各給電スロット素子１１〜１３と交差する交差部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、各交差部３２Ａ〜３２Ｃから隣接する無給電スロット素子２２〜２４側に延長されたオープンスタブ（Open stub）である延長部３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃと、各交差部３２Ａ〜３２Ｃと給電点６とを接続する給電ライン３１とを有している。基板２には、前記スペーサ５を固定するための複数の固定孔２ａが厚さ方向に貫通して形成されている。なお、延長部３３Ａ〜３３Ｃは、オープンスタブ以外に先端部を金属板４等に短絡させたショートスタブ（Short stub）として構成されていてもよい。

交差部３２Ａ〜３２Ｃは、給電スロット素子１１〜１３の長手方向に対して直交する方向、つまり偏波方向に延びて形成されている。交差部３２Ａ〜３２Ｃの偏波方向の長さ寸法は、短手方向の長さ寸法と同一寸法に形成されている。延長部３３Ａ〜３３Ｃは、交差部３２Ａ〜３２ＣからＸ軸負方向の偏波方向に延びた後、偏波方向に直交する直交方向（以下、単に直交方向ともいう）に折り曲げられている。このように、延長部３３Ａ〜３３Ｃの先端部を交差部３２Ａ〜３２Ｃに対し折り曲げることで、延長部３３Ａ〜３３Ｃを隣接する無給電スロット素子２２〜２４と交差しないように配置することができる。なお、延長部３３Ａ〜３３Ｃは、その一部である先端部が折り曲げられているが、全体が交差部３２Ａ〜３２Ｃに対して所定角度にて傾斜するように折り曲げられていても良い。

給電ライン３１は、給電点６から、所定位置で二股に分かれる第１分岐点３４、及びさらに別の所定位置で二股に分かれる第２分岐点３５を介して３個の交差部３２Ａ〜３２Ｃにそれぞれ接続されている。具体的には、給電ライン３１は、給電点６から第１分岐点３４に接続される本ライン３６と、第１分岐点３４と交差部３２Ａとを接続する第１分岐ライン３７Ａと、第１分岐点３４から第２分岐点３５を通過して交差部３２Ｂに接続される第２分岐ライン３７Ｂと、第１分岐点３４から第２分岐点３５を通過して交差部３２Ｃに接続される第３分岐ライン３７Ｃとからなる。第１〜第３分岐ライン３７Ａ〜３７Ｃの各ライン長さは、いずれも同一長さに設定されている。これにより、給電点６から各給電スロット素子１１〜１３に対して同位相で給電することができる。

図３に示すように、給電ライン３１は、給電点６から各交差部３２Ａ〜３２Ｃに至るまで、給電スロット素子１１〜１３及び無給電スロット素子２１〜２４を避けて配置されている。具体的には、本ライン３６は、給電点６から第１分岐点３４に至るまで、無給電スロット素子２１，２２及び給電スロット素子１１の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２２と給電スロット素子１２との間を直交方向に通過するように配置されている。
第１分岐ライン３７Ａは、第１分岐点３４から交差部３２Ａに至るまで、無給電スロット素子２２及び給電スロット素子１１の図中右側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２１と給電スロット素子１１との間に配置されている。

第２分岐ライン３７Ｂは、第１分岐点３４から第２分岐点３５に至るまで、給電スロット素子１２の図中右側に避けて配置された後、隣接する給電スロット素子１２と無給電スロット素子２３との間を直交方向に通過するように配置されている。そして、第２分岐ライン３７Ｂは、第２分岐点３５から交差部３２Ｂに至るまで、給電スロット素子１２の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２２と給電スロット素子１２との間に配置されている。
第３分岐ライン３７Ｃは、第１分岐点３４から第２分岐点３５に至るまで第２分岐ライン３７Ｂと同様に配置され、第２分岐点３５から交差部３２Ｃに至るまで、無給電スロット素子２３の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２３と給電スロット素子１３との間に配置されている。

以上のように、本実施形態における給電ライン３１は、無給電スロット素子２１〜２４を避けて配置されているので、伝送線路３の給電ライン３１が無給電スロット素子２１〜２４と交差するのを防止することができる。
また、給電ライン３１は、隣接する給電スロット素子１２と無給電スロット素子２２（２３）との間を通過するように配置されているため、隣接する給電スロット素子１２と無給電スロット素子２２（２３）との間のスペースを、給電ライン３１を配置するスペースとして利用することができる。これにより、図５に示すように給電ライン３１をトーナメント型に配置する場合に比べて、給電ライン３１をコンパクトに配置することができるため、スロットアンテナ１全体をコンパクトにすることができる。

図４はスロットアンテナ１の変形例を示す断面図である。図４に示すように、このスロットアンテナ１は、基板２の後面に伝送線路３が配置されており、基板２の前面に銅箔等の金属箔４０を貼り合わせてなる。金属箔４０には、給電スロット素子１１〜１３及び無給電スロット素子２１〜２４が形成されている。

図５は伝送線路３の変形例を示す基板２の正面図である。図５に示すように、この伝送線路３では、給電ライン３１がトーナメント型に分岐して構成されている。これに対応して、本変形例のスロットアンテナ１は、４個の給電スロット素子１１〜１４と、５個の無給電スロット素子２１〜２５とを備えている。また、伝送線路３は、４個の交差部３２Ａ〜３２Ｄと、４個の延長部３３Ａ〜３３Ｄとを有している。なお、本変形例で追加された給電スロット素子１４、無給電スロット素子２５、交差部３２Ｄ及び延長部３３Ｄは、第１実施形態における給電スロット素子１１〜１３、無給電スロット素子２１〜２４、交差部３２Ａ〜３２Ｃ及び延長部３３Ａ〜３３Ｃと同様であるため、その説明を省略する。

図５に示すように、本変形例の給電ライン３１は、給電点６から、所定位置で二股に分かれる第１分岐点３４、及びさらに別の所定位置で二股に分かれる第２分岐点３５Ａ，３５Ｂを介して各交差部３２Ａ〜３２Ｄにそれぞれ接続されている。具体的には、給電ライン３１は、給電点６から第１分岐点３４に接続される本ライン３６と、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ａを通過して交差部３２Ａに接続される第１分岐ライン３７Ａと、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ａを通過して交差部３２Ｂに接続される第２分岐ライン３７Ｂと、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ｂを通過して交差部３２Ｃに接続される第３分岐ライン３７Ｃと、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ｂを通過して交差部３２Ｄに接続される第４分岐ライン３７Ｄとからなる。第１〜第４分岐ライン３７Ａ〜３７Ｄの各ライン長さは、いずれも同一長さに設定されている。これにより、給電点６から各給電スロット素子１１〜１４に対して同位相で給電することができる。

給電ライン３１は、給電点６から各交差部３２Ａ〜３２Ｄに至るまで、給電スロット素子１１〜１４及び無給電スロット素子２１〜２５を避けて配置されている。具体的には、本ライン３６は、給電点６から第１分岐点３４に至るまで、無給電スロット素子２１，２２及び給電スロット素子１１，１２の図中左側に避けて配置されている。
第１分岐ライン３７Ａは、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ａに至るまで、給電スロット素子１１，１２及び無給電スロット素子２２の図中左側に避けて配置されている。そして、第１分岐ライン３７Ａは、第２分岐点３５Ａから交差部３２Ａに至るまで、給電スロット素子１１の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２１と給電スロット素子１１との間に配置されている。
第２分岐ライン３７Ｂは、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ａに至るまで、第１分岐ライン３７Ａと同様に配置され、第２分岐点３５Ａから交差部３２Ｂに至るまで、無給電スロット素子２２の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２２と給電スロット素子１２との間に配置されている。

第３分岐ライン３７Ｃは、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ｂに至るまで、無給電スロット素子２３及び給電スロット素子１３の図中左側に避けて配置されている。そして、第３分岐ライン３７Ｃは、第２分岐点３５Ｂから交差部３２Ｃに至るまで、給電スロット素子１３の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２３と給電スロット素子１３との間に配置されている。
第４分岐ライン３７Ｄは、第１分岐点３４から第２分岐点３５Ｂに至るまで、第３分岐ライン３７Ｃと同様に配置され、第２分岐点３５Ｂから交差部３２Ｄに至るまで、無給電スロット素子２４の図中左側に避けて配置された後、隣接する無給電スロット素子２４と給電スロット素子１４との間に配置されている。

図６は従来のスロットアンテナにおける隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示している。また、図７は第１実施形態のスロットアンテナ１における隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示している。
図６及び図７に示すように、従来のスロットアンテナでは、回り込み波が−１８ｄＢ〜−１７ｄＢとなっているのに対して、第１実施形態のスロットアンテナ１は、回り込み波が−３８ｄＢ〜−３６ｄＢとなっており、従来のスロットアンテナよりも約２０ｄＢ減少して改善しているのが分かる。これにより、複数の給電スロット素子によりアレーを構成した場合でも、入力部から見たＶＳＷＲ特性の悪化を抑制することができる。

図８は従来のスロットアンテナの垂直面指向性を示している。また、図９は第１実施形態のスロットアンテナ１の垂直面指向性を示している。なお、図８及び図９では、それぞれ２．３０ＧＨｚ、２．３５ＧＨｚ、及び２．４０ＧＨｚの各周波数の垂直面指向性を示している。
図８及び図９に示すように、第１実施形態のスロットアンテナ１は、従来のスロットアンテナに比べて、いずれの周波数においても０°方向及び１８０°方向の利得が増加し、且つサイドローブの利得が低下しており、垂直面指向性が改善しているのが分かる。加えて、第１実施形態のスロットアンテナ１は、従来のスロットアンテナに比べて、０°方向及び１８０°方向における周波数ごとの利得のばらつきが小さくなっているのが分かる。

以上、第１実施形態のスロットアンテナ１によれば、給電スロット素子１１〜１３の近傍に配置された無給電スロット素子２１〜２４により、スロットアンテナ１の垂直面指向性を改善することができる。
また、偏波方向に隣接する給電スロット素子１１，１２（１２，１３）同士の間の中央部に無給電スロット素子２２（２３）が配置されているため、一方の給電スロット素子から放射された電波が他方の給電スロット素子に向かうのを、無給電スロット素子により抑制することができる。これにより、偏波方向に隣接する給電スロット素子１１〜１３における回り込み波の影響を抑制することができるため、スロットアンテナ１のＶＳＷＲ特性を改善することができる。

図１０は第１実施形態の実施例に係るスロットアンテナを示す斜視図である。図１０に示すように、このスロットアンテナは、金属板４に単一の給電スロット素子１１が形成され、その給電スロット素子１１の偏波方向の両側に一対の無給電スロット素子２１，２２が形成されたものである。金属板４の直交方向の長さ寸法Ｌ１は、１１０ｍｍに設定されている。
図１１は従来の比較例に係るスロットアンテナを示す斜視図である。図１１に示すように、このスロットアンテナは、金属板４に単一の給電スロット素子１１のみが形成されたものである。金属板４の直交方向の長さ寸法Ｌ１は、実施例と同様に１１０ｍｍに設定されている。

図１２は上記実施例のスロットアンテナの垂直面指向性を示している。また、図１３は上記比較例のスロットアンテナの垂直面指向性を示している。図１２及び図１３では、金属板４の偏波方向の長さ寸法Ｌ２（図１０及び図１１参照）を２００ｍｍ、３００ｍｍ、及び４００ｍｍにそれぞれ変更した場合の垂直面指向性を示している。一般にスロットアンテナでは金属板４の表面を電流が流れるため、比較例のように無給電スロット素子を有しないスロットアンテナの場合、図１３に示すように、金属板４の偏波方向の長さ寸法が変わると、０°方向及び１８０°方向における利得の変化が−５ｄＢ〜４ｄＢと顕著に表れる。これに対して、実施例のように無給電スロット素子を有するスロットアンテナでは、図１２に示すように、金属板４の偏波方向の長さ寸法を変えても、０°方向及び１８０°方向における利得の変化を１ｄＢ〜７ｄＢと比較的抑制できているのが分かる。すなわち、給電スロット素子の偏波方向の両側に無給電スロット素子を配置することで、スロットアンテナの垂直面指向性を改善できることが分かる。

＜第２実施形態＞
図１４は、本発明の第２実施形態に係るスロットアンテナ１の斜視図である。このスロットアンテナ１は、Ｘ軸正方向の最外側の給電スロット素子１１のさらに外側、及びＸ軸負方向の最外側の給電スロット素子１３のさらに外側に無給電素子が配置されていない点で、第１実施形態のスロットアンテナ１と相違する。すなわち、本実施形態のスロットアンテナ１は、隣接する給電スロット素子１１，１２の間の中央部に配置された無給電スロット素子２２と、隣接する給電スロット素子１２，１３同士の間の中央部に配置された無給電スロット素子２３との２個の無給電スロット素子を備えている。なお、本実施形態におけるその他の構成は、第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図１５は第２実施形態のスロットアンテナにおける隣接する給電スロット素子間の回り込み波を示している。図６に示す従来のスロットアンテナでは、回り込み波が−１８ｄＢ〜−１７ｄＢとなっているのに対して、図１５に示す第２実施形態のスロットアンテナ１は、回り込み波が−３３ｄＢ〜−３２ｄＢとなっており、従来のスロットアンテナよりも約１５ｄＢ減少して改善しているのが分かる。

一方、図７に示す第１実施形態のスロットアンテナ１は、回り込み波が−３８ｄＢ〜−３６ｄＢであるため、図１５に示す第２実施形態のスロットアンテナ１の回り込み波よりも約５ｄＢ減少して改善しているのが分かる。すなわち、第１実施形態のように、Ｘ軸正方向の最外側の給電スロット素子１１のさらに外側に無給電スロット素子２１が配置され、且つＸ軸負方向の最外側の給電スロット素子１３のさらに外側に無給電スロット素子２４が配置されている場合は、これら無給電スロット素子２１，２４が配置されていない場合に比べてＶＳＷＲ特性が改善しているのが分かる。

図１６は第２実施形態のスロットアンテナ１の垂直面指向性を示している。図８に示す従来のスロットアンテナの垂直面指向性と、図１６に示す第２実施形態のスロットアンテナ１の垂直面指向性とを比較すると、第２実施形態のスロットアンテナ１は、従来のスロットアンテナに比べて、２．３０ＧＨｚ、２．３５ＧＨｚ、及び２．４０ＧＨｚのいずれの周波数においても０°方向及び１８０°方向の利得が増加し、且つサイドローブの利得が低下しており、垂直面指向性が改善しているのが分かる。

一方、図９に示す第１実施形態のスロットアンテナ１の垂直面指向性と、図１６に示す第２実施形態のスロットアンテナ１の垂直面指向性とを比較した場合、第１実施形態のスロットアンテナ１は、第２実施形態のスロットアンテナ１に比べて、２．３０ＧＨｚ、２．３５ＧＨｚ、及び２．４０ＧＨｚのいずれの周波数においても０°方向及び１８０°方向の利得が増加し、且つサイドローブの利得が低下しており、垂直面指向性が改善しているのが分かる。すなわち、第１実施形態のように、Ｘ軸正方向の最外側の給電スロット素子１１のさらに外側に無給電スロット素子２１が配置され、且つＸ軸負方向の最外側の給電スロット素子１３のさらに外側に無給電スロット素子２４が配置されている場合は、これら無給電スロット素子２１，２４が配置されていない場合に比べて垂直面指向性が改善しているのが分かる。したがって、第１実施形態のスロットアンテナ１のように、無給電スロット素子２１（２４）を、最外側に配置された給電スロット素子１１（１３）のさらに外側に配置することで、スロットアンテナ１のＶＳＷＲ特性及び垂直面指向性をさらに改善することができる。

＜第３実施形態＞
図１７は本発明の第３実施形態に係るスロットアンテナ１の斜視図である。また、図１８はそのスロットアンテナ１の断面図である。図１７及び図１８に示すように、本実施形態のスロットアンテナ１は、基板２と、基板２の前後両側にそれぞれ配置された一対の金属板４Ａ，４Ｂと、レドーム７とを備えている。基板２の前面には伝送線路３が配置されている。レドーム７は、基板２と一対の金属板４Ａ，４Ｂを覆うものであり、例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）によって円筒状に形成されている。レドーム７の軸方向一端部は、円筒状に形成された金属製の固定部材８内に挿入して固定されている。

金属板４Ａ，４Ｂは、それぞれ基板２の前側及び後側に複数の合成樹脂製のスペーサ５を介して所定間隔をあけて配置されている。金属板４Ａには、複数（３個）の給電スロット素子１１Ａ，１２Ａ，１３Ａと、複数（４個）の無給電スロット素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ，２４Ａとが形成されている。金属板４Ｂには、金属板４Ａと同様に、複数（３個）の給電スロット素子１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂと、複数（４個）の無給電スロット素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂとが形成されている。これにより、本実施形態のスロットアンテナ１は、基板２の前後両面側に配置された各金属板４Ａ，４Ｂの給電スロット素子１１Ａ〜１３Ａ，１１Ｂ〜１３Ｂから、前後方向両側（基板２の垂直方向両側）に向けて電波を放射することができる。なお、本実施形態において説明を省略した点については、第１実施形態と同様である。

図１９は第１実施形態のスロットアンテナの水平面指向性を示している。また、図２０は第３実施形態のスロットアンテナ１の水平面指向性を示している。図１９及び図２０に示すように、第３実施形態のスロットアンテナ１は、第１実施形態のスロットアンテナに比べて、基板２の前後方向（０°方向及び１８０°方向）にほぼ均等に電波が放射されているのが分かる。つまり、第３実施形態のスロットアンテナ１は、第１実施形態のスロットアンテナに比べて、０°方向の利得と１８０°方向の利得の差が小さくなっているのが分かる。

以上、第３実施形態のスロットアンテナ１によれば、各金属板４Ａ，４Ｂの給電スロット素子１１Ａ〜１３Ａ，１１Ｂ〜１３Ｂから基板２の垂直方向（前後方向）両側に向けてそれぞれ電波が放射されるため、第１実施形態のように基板２の片面側にのみ給電スロット素子が配置されている場合に比べて、前記垂直方向両側である０°方向及び１８０°方向の利得の差を小さくすることができる。これにより、垂直面指向性をさらに改善することができる。また、基板２の両面側に配置された各給電スロット素子１１Ａ〜１３Ａ，１１Ｂ〜１３Ｂのインピーダンスが等価回路上、並列に配置されるため、各給電スロット素子１１Ａ〜１３Ａ，１１Ｂ〜１３Ｂのインピーダンスを下げることができる。これにより、スロットアンテナ１の耐電力を上げることができる。

＜第４実施形態＞
図２１は本発明の第４実施形態に係るスロットアンテナ１の正面図である。また、図２２及び図２３はそのスロットアンテナ１の断面図である。本実施形態のスロットアンテナ１は、基板２と、基板２の前側に配置された金属板４と、基板２の後側に配置された反射板９とを備えている。金属板４には、複数（２個）の給電スロット素子１１，１２と、複数（４個）の無給電スロット素子２１，２２，２３，２４とが形成されている。基板２には、給電スロット素子１１，１２に給電する一対の伝送線路３が配置されている。反射板９は、給電スロット素子１１，１２から後側に放射された電波を前側に反射するものである。

給電スロット素子１１，１２は、偏波方向に直交する直交方向（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。無給電スロット素子２１〜２４は、給電スロット素子１１，１２の偏波方向の両側に配置されている。具体的には、無給電スロット素子２１，２２は給電スロット素子１１の偏波方向の両側に配置され、無給電スロット素子２３，２４は給電スロット素子１２の偏波方向の両側に配置されている。なお、本実施形態において説明を省略した点については、第１実施形態と同様である。

図２４は第４実施形態のスロットアンテナ１において金属板４に無給電スロット素子２１〜２４が形成されていない場合における隣接する給電スロット素子１１，１２間の回り込み波を示している。図２５は第４実施形態のスロットアンテナ１における隣接する給電スロット素子１１，１２間の回り込み波を示している。また、図２４の無給電スロット素子を有しないスロットアンテナでは、回り込み波が−１６ｄＢ〜−１５ｄＢとなっているのに対して、本実施形態のスロットアンテナ１は、回り込み波が−２５ｄＢ〜−２３ｄＢとなっており、従来のスロットアンテナよりも約９ｄＢ減少して改善しているのが分かる。

以上のように、第４実施形態のスロットアンテナ１によれば、偏波方向に直交する直交方向に配置された給電スロット素子１１，１２の偏波方向の近傍に無給電スロット素子２１〜２４を配置することで、各給電スロット素子１１，１２における回り込み波の影響を抑制することができる。これにより、スロットアンテナ１のＶＳＷＲ特性を改善することができる。

＜その他の変形例＞
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ スロットアンテナ
２ 基板
２ａ 固定孔
３ 伝送線路
４ 金属板
４Ａ，４Ｂ 金属板
５ スペーサ
６ 給電点
７ レドーム
８ 固定部材
９ 反射板
１１〜１４ 給電スロット素子
１１Ａ〜１３Ａ，１１Ｂ〜１３Ｂ 給電スロット素子
２１〜２５ 無給電スロット素子
２１Ａ〜２４Ａ，２１Ｂ〜２４Ｂ 無給電スロット素子
３１ 給電ライン
３２Ａ〜３２Ｄ 交差部
３３Ａ〜３３Ｄ 延長部
３４ 第１分岐点
３５ 第２分岐点
３６ 本ライン
３７Ａ 第１分岐ライン
３７Ｂ 第２分岐ライン
３７Ｃ 第３分岐ライン
３７Ｄ 第４分岐ライン
４０ 金属箔

Claims (12)

1. 基板に配置された伝送線路と、
   前記伝送線路により給電される給電スロット素子と、
   前記給電スロット素子の近傍に配置された無給電スロット素子とを備えているスロットアンテナ。
2. 前記給電スロット素子は複数配置されており、
   前記無給電スロット素子は、隣接する前記給電スロット素子同士の間に配置されている請求項１に記載のスロットアンテナ。
3. 前記無給電スロット素子は、前記給電スロット素子の両側にそれぞれ配置されている請求項１に記載のスロットアンテナ。
4. 前記無給電スロット素子は、複数の前記給電スロット素子のうち最外側に配置された給電スロット素子のさらに外側にも配置されている請求項２に記載のスロットアンテナ。
5. 複数の前記給電スロット素子は偏波方向に沿って配置されている請求項２又は請求項４に記載のスロットアンテナ。
6. 前記無給電スロット素子は、前記給電スロット素子の偏波方向の両側にそれぞれ配置されている請求項３に記載のスロットアンテナ。
7. 前記給電スロット素子から放射された電波を反射する反射板をさらに備え、
   前記給電スロット素子は、偏波方向に直交する直交方向に沿って複数配置されており、
   前記無給電スロット素子は、前記給電スロット素子の偏波方向の両側にそれぞれ配置されている請求項１に記載のスロットアンテナ。
8. 前記伝送線路は、前記給電スロット素子と交差する交差部と、前記交差部から前記無給電スロット素子側に延長された延長部とを有し、
   前記延長部の少なくとも一部が、前記交差部に対して曲げられている請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のスロットアンテナ。
9. 前記伝送線路は、前記給電スロット素子と交差する交差部と、前記交差部と給電点とを接続する給電ラインとを有し、
   前記給電ラインは、前記無給電スロット素子を避けて配置されている請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のスロットアンテナ。
10. 前記給電スロット素子は、３個以上配置されており、
    前記給電ラインは、隣接する前記給電スロット素子と前記無給電スロット素子との間を通過するように配置されている請求項９に記載のスロットアンテナ。
11. 前記給電スロット素子及び前記無給電スロット素子は、いずれも前記基板の両面側に配置されている請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のスロットアンテナ。
12. 隣接する前記給電スロット素子同士の間に配置された前記無給電スロット素子は、当該給電スロット素子同士の間の中央部に配置されている請求項２、請求項４及び請求項５のいずれか１項に記載のスロットアンテナ。

Images