JP2018191181A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電層とアンテナ層とが電気的に干渉を起こしにくいアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１０は、給電回路を有する給電層２０と、アンテナ素子４１を有するアンテナ層４０と、給電層２０とアンテナ層４０との間に配される反射板３０と、反射板３０の開口部に挿通され、給電層２０からアンテナ層４０に向けて突出する給電端子５０と、アンテナ素子４１に接続され、反射板３０と離間して対向するように配置された面導体を有し、給電端子５０とアンテナ素子４１とを接続する接続回路６０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

移動通信システムの基地局等に用いられるアンテナ装置は、配線を介して給電された高周波信号を電波に変換し、空間に放射している。

例えば、特許文献１では、給電用誘電体基板を介して給電された高周波信号が、アンテナ素子に供給され、アンテナ素子において電波に変換され、空間に放射されている。
しかし、特許文献１では、給電用誘電体基板とアンテナ素子とが共に反射板の前面側に配置されているため、給電層とアンテナ層とが電気的に干渉を起こしてしまう可能性がある。

特開２０１６−１１９５５１号公報

本発明は、給電層とアンテナ層とが電気的に干渉を起こしにくいアンテナ装置を提供することを目的とする。

第１の態様は、給電回路を有する給電層と、アンテナ素子を有するアンテナ層と、前記給電層と前記アンテナ層との間に配される反射板と、前記反射板の開口部に挿通され、前記給電層から前記アンテナ層に向けて突出する給電端子と、前記アンテナ素子に接続され、前記反射板と離間して対向するように配置された面導体を有し、前記給電端子と前記アンテナ素子とを接続する接続回路と、を備えるアンテナ装置である。

また、第２の態様は、前記接続回路が、マイクロストリップ線路を有する第１の態様のアンテナ装置である。

また、第３の態様は、前記接続回路が、前記面導体と前記反射板との間に絶縁シートをさらに有する第１又は第２の態様のアンテナ装置である。

また、第４の態様は、前記接続回路が、トリプレート線路を備える第１から第３のいずれかの態様のアンテナ装置である。

本発明のアンテナ装置は、給電層とアンテナ層とが電気的に干渉を起こしにくい。

本発明に係る実施形態におけるアンテナ装置の斜視図である。 本発明に係る実施形態におけるアンテナ装置の別の斜視図である。 図１におけるＩＩＩ部の拡大図である。 図２におけるＩＶ部の拡大図である。 図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 本発明に係る実施形態における接続回路の平面図である。 本発明に係る実施形態における接続回路の底面図である。 本発明に係る実施形態における絶縁シートの平面図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を用いて説明する。

「実施形態」
本発明に係るアンテナ装置の実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、アンテナ装置１０は、給電層２０と、反射板３０と、アンテナ層４０と、複数の給電端子５０と、複数の接続回路６０と、を備える。アンテナ装置１０は、全体として一定の幅を有しながら、一方向に長く延びた形状をしている。

以下、給電層２０からアンテナ層４０に向かう方向は、上方向と記載される。また、上下方向に沿う方向はＺ方向と記載され、アンテナ装置１０が長く延びる方向はＸ方向と記載される。アンテナ装置１０の幅方向は、Ｙ方向と記載される。

図１には、後述する８個のアンテナ素子４１及び接続回路６０のうち、後述するコネクタ端子２２から数えて、７個目及び８個目のアンテナ素子４１及び接続回路６０が取り外された状態で、アンテナ装置１０が示されている。

また、図２には、８個のアンテナ素子４１及び接続回路６０のうち、コネクタ端子２２から数えて、５個目から８個目までのアンテナ素子４１及び接続回路６０の各部品の全部又は一部が取り外されたアンテナ装置１０が示されている。
具体的には、５個目及び６個目の円形基板４２が取り外され、７個目のアンテナ素子４１が取り外され、８個目のアンテナ素子４１及び後述するマイクロストリップ線路基板６１が取り外されたアンテナ装置１０が示されている。

（給電層）
給電層２０は、給電回路２１とコネクタ端子２２と、を有する。
図３に示すように、給電回路２１は、コネクタ端子２２から給電層２０内に延びる複数の配線２１ａを有する。配線２１ａは、コネクタ端子２２から供給される高周波信号を、給電端子５０に供給している。図４におけるＶ−Ｖ線の断面図である図５に示すように、給電回路２１は、配線２１ａの下方に導電板２１ｂをさらに有する。導電板２１ｂは、後述する接地された反射板３０に電気的に接続されると共に、コネクタ端子２２の接地電極２２ａに電気的に接続されることによって、接地されている。本実施形態において、導電板２１ｂはアルミ板である。
図５に示すように、本実施形態において、配線２１ａは、接地された導電板２１ｂと後述するように接地された反射板３０との間に挟まれている。このため、少なくとも反射板３０と配線２１ａと導電板２１ｂとは、トリプレート線路を形成している。
本実施形態では、反射板３０の下方に向かって、配線２１ａと導電板２１ｂとが複数交互に形成され、複数層のトリプレート線路を形成している。

（反射板）
反射板３０は、導電体であって、給電層２０とアンテナ層４０との間に配される。本実施形態において、反射板３０は、アルミ板である。
反射板３０は、コネクタ端子２２の接地電極２２ａに接続されることによって、導電板２１ｂと共に接地されている。反射板３０は、給電層２０の上面を覆っている。

反射板３０は、複数の開口部３１を有する。配線２１ａは、複数に分岐しており、各開口部３１に設けられた給電端子５０にそれぞれ接続され、給電端子５０に高周波信号を供給する。
本実施形態において、開口部３１は、合計で１６個、間隔をおいて設けられる。１６個の開口部３１は、Ｙ方向に沿って並んでいる２個の対がＸ方向に沿って８対並ぶように、設けられる。

反射板３０は、給電層２０の筐体を兼ねており、給電層２０の各部品を支持する。反射板３０は、給電層２０がＹ方向に一定の幅を有しながら、Ｘ方向に長く延びた形状を維持できるように、給電層２０を支持する。

（アンテナ層）
図１及び図２に戻って、アンテナ層４０は、複数のアンテナ素子４１を有する。複数のアンテナ素子４１は、反射板３０の上方に並んで設けられる。本実施形態では、アンテナ素子４１は、８個設けられる。各アンテナ素子４１は、８対の開口部３１の各対に関連する位置にそれぞれ設けられる。

本実施形態のアンテナ素子４１は、特許文献１に示される折返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナ装置である。
アンテナ素子４１は、円形基板４２と、Ｚ方向に沿って直立されると共に平衡不平衡変換回路（バラン）を有する一対の支持基板４３と、を組み合わせて形成されている。
円形基板４２は、誘電体上面にプリント配線された円弧形状の４個の折返しダイポールアンテナ素子４４を有する。
アンテナ素子４１は、各支持基板４３を介して給電された高周波信号を電波に変換し、空間に放射している。

アンテナ素子４１は、偏波共用アンテナである。空間に放射される電波の偏向方向は、いずれの支持基板４３によって供給されたかによって異なる。すなわち、一対の支持基板４３のうち、一方の支持基板４３に高周波信号が供給される場合と、他方の支持基板４３に高周波信号が供給される場合とでは、アンテナ素子４１が放射する電波の偏向方向が異なる。
このため、一対の支持基板４３によって、異なる偏波方向の電波を共用することができる。
偏波共用アンテナ装置の具体的な説明については、特許文献１に記載されているため、詳細な説明を省略する。

（接続回路）
接続回路６０は、給電層２０とアンテナ層４０とを電気的に接続する。
各接続回路６０は、反射板３０と各アンテナ素子４１との間にそれぞれ設けられる。接続回路６０は、反射板３０の板面上に配され、給電端子５０とアンテナ素子４１とを接続する。
本実施形態では、接続回路６０は、アンテナ素子４１と同様に、８個設けられる。接続回路６０は、アンテナ素子４１と同様に、８対の開口部３１に関連する位置にそれぞれ設けられる。
図４〜図７に示されるように、接続回路６０は、上面に線路６１ａ、下面に面導体６２を有するマイクロストリップ線路基板６１を備える。

面導体６２は、反射板３０と離間して対向するように配置されると共に、アンテナ素子４１と接続される。
図５及び図７に示されるように、本実施形態において、面導体６２は、マイクロストリップ線路基板６１の下面に広がる銅箔であり、半田付けによって、一対の支持基板４３の銅の接地パターンに接続されている。
本実施形態では、面導体６２と反射板３０との間に絶縁シート６３をさらに有することによって、面導体６２は、反射板３０と離間されている。
図８に示すように、絶縁シート６３は、給電端子５０が挿通される開口６３ａを有する。

（給電端子）
給電端子５０は、反射板３０の開口部３１及び絶縁シート６３の開口６３ａに挿通され、給電層２０からアンテナ層４０に向けて突出する。図３〜図５に示されるように、給電端子５０は、下端が配線２１ａに接続され、上端が線路６１ａに接続される。給電端子５０は、配線２１ａから供給された高周波信号を、アンテナ素子４１に供給する。

（アンテナ装置の動作）
コネクタ端子２２から供給された高周波信号は、反射板３０、配線２１ａ及び導電板２１ｂで形成されるトリプレート線路を伝送する。トリプレート線路を伝送する高周波信号は、分岐された配線２１ａによって、Ｘ方向及びＹ方向に並んでいる各給電端子５０に分配される。各給電端子５０に分配された高周波信号は、接続回路６０を介して、アンテナ素子４１に供給される。このとき、分配された高周波信号は、給電層２０から、後述するように給電層２０の接地面と共通化された接地面を有する接続回路６０を介して、アンテナ素子４１に供給される。
アンテナ素子４１に供給された高周波信号は、折り返しダイポールアンテナ素子４４において電波に変換され、空間に放射される。

（作用及び効果）
本実施形態では、給電層２０とアンテナ層４０とが、反射板３０を介して別々に設けられているため、給電層２０を流れる高周波信号と、アンテナ層４０を流れる高周波信号とが、電気的に干渉を起こしにくい。

さらに、本実施形態では、面導体６２と反射板３０とが、絶縁シート６３によって離間されているため、給電層２０の接地面とアンテナ層４０の接地面を高周波的に共通化しつつ、各接地面同士の接触における不具合を抑制でき、電気的特性を安定させることができる。詳しくは次に説明するとおりである。

まず、構造的な制約によって、給電層２０とアンテナ層４０とを直接、接続できない場合、給電層２０とアンテナ層４０との間に、接続回路６０が設けられる。
構造的に、給電端子５０とアンテナ素子４１とを直接接続できない場合、接続回路６０を設けることより、給電端子５０から供給された高周波信号を接続回路６０でアンテナ素子４１に引き回すことができる。

加えて、材料的な制約によって、給電層２０とアンテナ層４０とを直接電気的に接続できない場合も、給電層２０とアンテナ層４０との間に、接続回路６０が設けられる。
具体的には、給電層２０の接地面である反射板３０とアンテナ素子４１の接地パターンは、直接接続し、共通化されることが理想的であるが、反射板３０がアルミ材料であり、アンテナ素子４１の接地パターンが銅材料である場合、直接接続することは材料的に困難である。このような場合、面導体６２を有する接続回路６０を設けることより、面導体６２を介して、給電層２０の接地面とアンテナ素子４１の接地パターンとを電気的に接続することができる。

しかし、接続回路６０の面導体６２を直接、反射板３０に接触させると、面導体６２と反射板３０との密着性が接触面内において不均一となり、面導体６２と反射板３０とが接触不良を起こす。このため、面導体６２と反射板３０との微接触に基づく雑音や擦れによる微小な雑音が発生する。
さらに、例えば、面導体６２が銅であって、反射板３０がアルミであるように、面導体６２と反射板３０とが異種金属である場合、両金属間で腐食を起こしたり、ＩＭ（相互変調）を起こしたりする。

これに対し、本実施形態では、面導体６２と反射板３０との間に絶縁シート６３が設けられるため、直流的には接続されないが、絶縁シート６３を介して、面導体６２と反射板３０とが高周波的に均一に接続される。したがって、面導体６２と反射板３０との間の接触不良が抑制され、異種金属間の腐食やＩＭが抑制される。

雑音防止の観点から、給電層２０の接地パターンとアンテナ素子４１の接地パターンとの接続は、本来であれば半田付けによる直接接続が望ましいが、組み立て作業の観点から望ましくない。
これに対し、本実施形態では、給電層２０の接地パターンとアンテナ素子４１の接地パターンとの接続が、非接触による高周波接続となっている。これより、アンテナ装置１０では、雑音が防止されつつ、組み立て作業性も改善されている。

さらに、銅材料の面導体６２とアンテナ素子４１の銅材料の接地パターンとは、半田付けや溶接によって、直接接続することができる。したがって、面導体６２と反射板３０とを高周波的に接続できれば、アンテナ素子４１の接地パターンと反射板３０とを高周波的に接続することができる。

（変形例）
本実施形態では、アンテナに折返しダイポールアンテナが用いられているが、変形例として、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ等どのようなアンテナが用いられてもよい。

本実施形態では、アンテナ素子４１に、偏波共用アンテナが用いられているが、変形例として偏波共用されないアンテナが用いられてもよい。

本実施形態では、反射板３０、配線２１ａ及び導電板２１ｂによって、トリプレート線路が形成されているが、変形例として、反射板３０（接地面）を形成し得る伝送線路方式であれば、マイクロストリップ線路、導波管、同軸線路等どのような線路が形成されてもよい。

本実施形態では、接続回路６０にマイクロストリップ線路が用いられているが、変形例として、面導体６２（接地面）を形成し得る伝送線路方式であれば、トリプレート線路、導波管、同軸線路等どのような線路が用いられてもよい。

本実施形態では、面導体６２に平面導体が用いられているが、変形例として、曲面導体、屈曲面導体が用いられてもよい。

本実施形態では、反射板３０は導電材料としてアルミ、面導体６２を含む接続回路６０及びアンテナ素子４１の導電材料として銅を用いているが、変形例として、導電材料であれば各導電材料はどのような材料が用いられてもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１０：アンテナ装置
２０：給電層
２１：給電回路
２１ａ：配線
２１ｂ：導電板
２２：コネクタ端子
２２ａ：接地電極
３０：反射板
３１：開口部
４０：アンテナ層
４１：アンテナ素子
４２：円形基板
４３：支持基板
４４：ダイポールアンテナ素子
５０：給電端子
６０：接続回路
６１：マイクロストリップ線路基板
６１ａ：線路
６２：面導体
６３：絶縁シート
６３ａ：開口

Claims (4)

1. 給電回路を有する給電層と、
   アンテナ素子を有するアンテナ層と、
   前記給電層と前記アンテナ層との間に配される反射板と、
   前記反射板の開口部に挿通され、前記給電層から前記アンテナ層に向けて突出する給電端子と、
   前記アンテナ素子に接続され、前記反射板と離間して対向するように配置された面導体を有し、前記給電端子と前記アンテナ素子とを接続する接続回路と、
   を備えるアンテナ装置。
2. 前記接続回路が、マイクロストリップ線路を有する請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記接続回路が、前記面導体と前記反射板との間に絶縁シートをさらに有する請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記接続回路が、トリプレート線路を備える請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。

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