JP3983576B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばマイクロ波送受信用の平面アンテナであるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のアンテナ装置の構成を示す模式的な上面図であり、図７は、図６のVII-VII線に沿った縦断面図である。図６及び図７において、従来のアンテナ装置１０１は、接地された金属板である接地導体板１０２と、この接地導体板１０２が一面１０３に設けられた誘電体板１０４と、この誘電体板１０４の他面１０５に設けられ、接地導体板１０２に対向して配置された例えば円板状の励振放射素子１０６とを備えている。また、アンテナ装置１０１は、誘電体板１０４の一面１０３から挿入され、誘電体板１０４内を通って励振放射素子１０６の給電点Ｐに一端部１０７が電気的に接続された給電線１０８を備えている。この給電線１０８は他端部が図示しない給電回路に接続されており、給電回路から励振放射素子１０６に給電線１０８を介して直接給電されるようになっている。
【０００３】
励振放射素子１０６は、所望の周波数で共振するようになっており、給電線１０８からの給電あるいは外部からの電磁波によってこの周波数近傍で励振するようになっている。
【０００４】
ここで、給電回路側に設定されているインピーダンス、即ち給電系の特性インピーダンスが給電回路側からみたアンテナ装置１０１側のインピーダンス、即ちアンテナ系の入力インピーダンスに一致していないと、アンテナ系と給電系との整合が取れず、アンテナ装置１０１には不整合損が生じて伝送損が増加する等の不都合が発生する。また、アンテナ系の入力インピーダンスは、同一周波数において、励振放射素子１０６の中心Ｏからこの給電点Ｐの位置までの距離ｄが変化するとそれに応じて変化する特性がある。従って、アンテナ装置１０１では、給電系の特性インピーダンスとアンテナ系の入力インピーダンスとが一致するように距離ｄが調整されて給電線１０８が励振放射素子１０６に接続されるように設計されている。
【０００５】
このように構成されたアンテナ装置１０１は、送信する場合においては、アンテナ系と給電系との整合が距離ｄを調整することによって取られているので、給電回路からアンテナ装置１０１で反射せずに給電線１０８を介して給電され、励振放射素子１０６が所望の周波数で励振されて電磁波を外部空間に放射する。また、受信する場合においては、外部空間からの所望の周波数の電磁波により励振放射素子１０６が励振され、送信の場合と逆の動作を辿って電磁波が振動電磁エネルギに変換される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようにアンテナ装置１０１は、アンテナ系の入力インピーダンスと給電系の特性インピーダンスとが一致するように給電点Ｐの位置を調整、即ち距離ｄを調整することによって、アンテナ系と給電系との整合を取っている。しかしながら、例えばアンテナ装置１０１を構造物に取り付ける場合に、構造物側の制約から給電線１０８の位置を安易に移動できないことがある。また、給電線１０８の挿入位置がアンテナ装置１０１によって異なっているので、このアンテナ装置１０１が取り付けられる構造物の規格化が困難となる等の問題点があった。
【０００７】
また、給電点Ｐの位置を移動させずにアンテナ系と給電系との整合を取るためには、別に整合機構を付加しなしなければならず、この整合機構の分だけ設置スペース及びコストが高くなるという問題点もあった。
【０００８】
そこでこの発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするもので、低コストで、給電線の挿入位置を所定の位置に保ったままアンテナ系の入力インピーダンスと給電系の特性インピーダンスとの整合を取ることができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、接地導体板と、前記接地導体板が一面に設けられた誘電体板と、前記誘電体板の他面に前記接地導体板に対向して設けられた励振放射素子と、前記一面の所定位置から挿入されて、一端部が前記誘電体板の内部に配置され、他端部が給電回路に電気的に接続される給電線とを備え、前記給電線は、前記一端部が環状導体板となっており、前記所定位置を維持したまま前記給電回路との整合を取り得るように前記環状導体板の板幅が設定されており、前記給電線の前記環状導体板は、前記環状導体板に沿って一周した中心線の長さが前記給電による周波数に対応する波長より小さくなっている。
【００１１】
また、前記給電線は、前記環状導体板に複数の導線が接続されて構成され、前記導線がそれぞれ前記所定位置から挿入されている。
【００１２】
また、前記環状導体板は、全体として多角形の環状となっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態について説明するが、従来例のものと同一又は同等部材、部位は、同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す模式的な上面図であり、図２は、図１のII-II線に沿った縦断面図である。図１及び図２において、アンテナ装置１は、接地された金属板である接地導体板１０２と、この接地導体板１０２が一面１０３に設けられた誘電体板１０４と、この誘電体板１０４の他面１０５に設けられ、接地導体板１０２に対向して配置された例えば円板状の励振放射素子１０６とを備えている。誘電体板１０４は、接地導体板１０２が設けられた下部誘電部２と、この下部誘電部２に重ねられているとともに励振放射素子１０６が設けられた上部誘電部３とから構成されている。また、アンテナ装置１０１は、誘電体板１０４の一面１０３から挿入され、励振放射素子１０６に給電する給電線４を備えている。この給電線４は、一端部が上部誘電部３と下部誘電部２との間に配置され、他端部が図示しない給電回路に電気的に接続されている。この給電線４の一端部は、環状導体板５となっており、この環状導体板５に給電回路に電気的に接続された導線６が点Ｐ０で接続され給電線４が構成されている。この導体６は一面１０３の所定位置である挿入点Ｑから下部誘電部２内に挿入されている。
【００１４】
励振放射素子１０６は、所望の周波数ｆ０で共振するようになっており、給電線４からの給電あるいは外部からの電磁波によってこの周波数ｆ０近傍で励振するようになっている。
【００１５】
給電線４の環状導体板５は、例えば円環状に形成された金属板である。環状導体板５は、この環状の周方向に沿って一周した中心線の長さａを給電回路からの給電による周波数ｆ０に対応した波長λ０の長さより小さくして形成されている。従って、環状導体板５は、給電回路からの給電によっては共振しないようになっている。
【００１６】
ここで、環状導体板５の外径と内径との差、即ち板幅ｗの大きさが変化すると給電系からみたアンテナ系の入力インピーダンスの抵抗成分が変化するので、アンテナ系の入力インピーダンスは変化する。図３は、環状導体板５の板幅ｗがｗ１の場合及び板幅ｗがｗ１より小さなｗ２の場合におけるそれぞれのアンテナ系の入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。図３において、環状導体板５の板幅ｗがｗ１からｗ２に小さくなると、アンテナ系の入力インピーダンスも全体的に右に移動し、大きくなることが分かる。
【００１７】
所望の周波数ｆ０において給電系とアンテナ系との整合を取るためには、給電系の特性インピーダンスと所望の周波数ｆ０でのアンテナ系の入力インピーダンスとがほぼ一致していなければならない。上記のようにアンテナ系の入力インピーダンスは、環状導体板５の板幅ｗが変化することによって変化するので、環状導体板５の板幅ｗを調整することによって、所望の周波数ｆ０におけるアンテナ系の入力インピーダンスを給電系の特性インピーダンスに近づけてほぼ一致させることができる。従って、環状導体板５は、所望の周波数ｆ０におけるアンテナ系の入力インピーダンスと給電系の特性インピーダンスとがほぼ一致するような板幅ｗに設定され、所望の周波数ｆ０において給電系とアンテナ系とが整合するようになっている。
【００１８】
このように構成されたアンテナ装置１は、送信する場合には、まず図示しない給電回路から給電線４に所望の周波数ｆ０の振動電磁エネルギが供給される。このとき、給電線４の環状導体板５は、所望の周波数ｆ０では共振しないので、電磁波を放射することはほとんどなく放射素子としての役割は果たさない。板幅ｗが給電系の特性インピーダンスにアンテナ系の入力インピーダンスをほぼ一致させるように設定され、給電系とアンテナ系との整合が取れているので、この振動電磁エネルギはアンテナ系で反射せずにアンテナ装置１内に供給される。この給電により、励振放射素子１０６はほぼ所望の周波数ｆ０近傍で励振し、外部空間に電磁波を放射する。また、受信する場合には、外部空間からの電磁波により、励振放射素子１０６が所望の周波数ｆ０近傍で励振し、送信の場合と逆の動作を辿って電磁波は振動電磁エネルギに変換される。
【００１９】
従って、アンテナ装置１においては、給電線４の一端部が環状導体板５となっており、環状導体板５の板幅ｗが調整されてアンテナ系の入力インピーダンスが給電系の特性インピーダンスとほぼ一致するように調整されているので、効率的に電磁波を送受信することができる。
【００２０】
また、仮に所望の周波数ｆ０と異なった周波数ｆ１の電磁波を送受信するアンテナ装置１を作製する場合にも、給電線４の環状導体板５の板幅ｗを変化させるだけで、その周波数ｆ１におけるアンテナ系の入力インピーダンスを給電系の特性インピーダンスにほぼ一致させることができ、アンテナ系と給電系との整合を取ることができる。なお、当然のことながら、この場合には励振放射素子１０６は周波数ｆ１で共振する寸法になっている。このとき、給電線４の導線６の挿入点Ｑが移動しないように調整される。このようにして送受信する電磁波の周波数が異なるアンテナ装置１であっても、環状導体板５の板幅ｗを調整することにより従来例のように挿入点Ｑを移動させずに、アンテナ装置１を作製することができる。
従って、送受信する周波数が異なる各アンテナ装置１における挿入点Ｑが同一位置であることによって、アンテナ装置１が取り付けられる構造物の規格化が可能になり、コスト低減にもなる。
【００２１】
また、環状導体板５の板幅ｗを変化させて調整するだけでアンテナ系と給電系との整合を取ることができるので、挿入点Ｑを同一位置に保つために別に整合機構を付加する必要がなくなり、その分だけ低コストでアンテナ装置１を作製でき、設置スペースも小さくなる。
【００２２】
なお、給電線４は、図４に示すように、環状導体板５に複数（例えば、２つ）の導線６が点Ｐ１及び点Ｐ２で電気的に接続されていても、環状導体板５の板幅ｗを変化させることにより同様の効果を奏する。従って、複数の箇所で給電されて円偏波あるいは任意の直線偏波を放射するアンテナ装置においても同様の効果を奏する。
【００２３】
また、環状導体板５は、円環状に限定される必要はなく、板幅ｗを変化させることができる形状であれば、例えば、図５に示すような矩形環状等である多角形の環状であっても構わない。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明に係るアンテナ装置は、接地導体板と、前記接地導体板が一面に設けられた誘電体板と、前記誘電体板の他面に前記接地導体板に対向して設けられた励振放射素子と、前記一面の所定位置から挿入されて、一端部が前記誘電体板の内部に配置され、他端部が給電回路に電気的に接続される給電線とを備え、前記給電線は、前記一端部が環状導体板となっており、前記所定位置を維持したまま前記給電回路との整合を取り得るように前記環状導体板の板幅が設定されているので、送受信する周波数が異なっても前記所定位置を維持でき、前記アンテナ装置を取り付ける際に、前記給電線の接続位置に制約があっても送受信する周波数に影響を受けることなく取り付けることができる。その結果、取り付けられる構造物の規格化及びコンパクト化等が可能になる。また、整合を取るために別に整合機構を付加する必要がなくなりコスト低減にも繋がる。
【００２６】
また、前記給電線は、前記環状導体板に複数の導線が接続されて構成され、前記導線がそれぞれ前記所定位置から挿入されているので、円偏波あるいは任意の直線偏波を放射することができる。
【００２７】
また、前記環状導体板は、全体として多角形の環状となっているので、円環状以外の前記環状導体板であっても板幅を調整することによって、送受信する周波数に関係なく前記所定位置を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す模式的な上面図である。
【図２】 図１のII-II線に沿った縦断面図である。
【図３】 環状導体板５の板幅ｗがｗ１の場合及びｗ２（ｗ１＞ｗ２）の場合におけるそれぞれのアンテナ系の入力インピーダンスの周波数特性を示すスミスチャートである。
【図４】 導線が２つ環状導体板に接続された給電線を備えた図１のアンテナ装置の上面図である。
【図５】 環状導体板の形状が矩形環状となっている給電線を備えた図４のアンテナ装置の上面図である。
【図６】 従来のアンテナ装置の構成を示す模式的な上面図である。
【図７】 図６のVII-VII線に沿った縦断面図である。
【符号の説明】
１ アンテナ装置、４ 給電線、５ 環状導体板、６ 導線、１０２ 接地導体板、１０３ 一面、１０４ 誘電体板、１０５ 他面、１０６ 励振放射素子。

Claims (3)

1. 接地導体板と、
   前記接地導体板が一面に設けられた誘電体板と、
   前記誘電体板の他面に前記接地導体板に対向して設けられた励振放射素子と、
   前記一面の所定位置から挿入されて、一端部が前記誘電体板の内部に配置され、他端部が給電回路に電気的に接続される給電線とを備え、
   前記給電線は、前記一端部が環状導体板となっており、前記所定位置を維持したまま前記給電回路との整合を取り得るように前記環状導体板の板幅が設定されており、
   前記給電線の前記環状導体板は、前記環状導体板に沿って一周した中心線の長さが前記給電による周波数に対応する波長より小さくなっていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記給電線は、前記環状導体板に複数の導線が接続されて構成され、前記導線がそれぞれ前記所定位置から挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記環状導体板は、全体として多角形の環状となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。

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