JP3987403B2 - グランド板付アンテナ及びグランド板付アレーアンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばGHz帯の高周波帯域で使用されるグランド板付アンテナ及びグランド板付アレーアンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、道路と自動車の協調により、危険警告や運転補助を行なって安全な走行を支援するAHS(Automated Highway Systems)が研究されている。このAHSでは、道路側の設備と自動車に搭載された車載器との間で、例えば5.8GHzの電波を使用して無線通信が行なわれる。上記AHSの道路側設備のアンテナとしては、一般にグランド板付の2素子アンテナが使用されている。
【0003】
上記グランド板付の2素子アンテナは、方形状の絶縁基板の一方の面にグランド板を設け、他方の面に1対のアンテナ素子(パッチ素子)を所定の間隔で設けた構成となっている。そして、上記アンテナ素子の中心部間の間隔、並びに各アンテナ素子の中心とグランド板の端までの距離をそれぞれ0.5λ0(波長)程度に設定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように設定された従来のグランド板付の2素子アンテナでは、30°前後の電力半値幅を得ることができる。
【0005】
しかし、AHS等に利用される2素子アンテナでは、更に広い電力半値幅、例えば45°以上の電力半値幅が要求される場合がある。
上記2素子アンテナにおいては、電力半値幅を広げる手段として、アンテナ素子の間隔を狭くすることが一般に知られている。しかし、アンテナ素子間隔をあまり狭くすると、アンテナ素子同士が重なり、2素子アンテナとして動作しなくなるという問題がある。
【0006】
また、グランド板付の2素子アンテナでは、各アンテナ素子の中心からグランド板の側縁までの距離が約0.5λ0で軸比の調整を行なっているが、グランド板の大きさを変えると、アンテナ素子からの直接波とグランド板の側縁からの回折波が加わることにより、正面方向の軸比が劣化する場合がある。このように正面方向の軸比が劣化した場合、その軸比を改善するためにアンテナ素子の最適化が必要になり、調整に時間が掛かるという問題がある。
【0007】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アンテナ素子間隔を狭くすることなく、電力半値幅を広げることができるグランド板付アンテナを提供することを目的とする。
また、本発明は、軸比が劣化した場合にアンテナ素子を最適化することなく、簡単に軸比を改善し得るグランド板付アンテナを提供することを目的とする。 更に本発明は、上記グランド板付アンテナをアレー配置することによって、電力半値幅を広げ、あるいは正面方向の軸比を改善してアンテナ利得を向上できるグランド板付アレーアンテナを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係るグランド板付アンテナは、方形状の第1の絶縁基板と、前記第1の絶縁基板の一方の面に約0.5λ 0 の素子中心間隔を保って設けられた円偏波用の一対のアンテナ素子と、前記第1の絶縁基板に対向して設けられる前記第1の絶縁基板と同形の第2の絶縁基板と、前記第2の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第2の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、前記第1及び第2の絶縁基板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向における該絶縁基板の両側縁と当該側縁に近い方の前記アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約0.5〜0.9λ 0 に設定し、前記グランド板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向における該グランド板の両側縁と当該側縁に近い方の前記アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約1〜1.5λ0に設定して電力半値幅を広げたことを特徴とする。
上記のようにグランド板を絶縁基板より大きく形成し、グランド板の両側縁と各アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約1〜1.5λ0の範囲で設定することにより、アンテナ素子の直接波とグランド板の両側縁を経由する回折波が相互に作用し、両者の位相関係から電力半値幅を広げることができる。
【0009】
第2の発明に係るグランド板付アンテナは、方形状の第1の絶縁基板と、前記第1の絶縁基板の一方の面に約0.5λ 0 の素子中心間隔を保って設けられた円偏波用の一対のアンテナ素子と、前記第1の絶縁基板に対向して設けられる前記第1の絶縁基板と同形の第2の絶縁基板と、前記第2の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第2の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、前記第1及び第2の絶縁基板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向における該絶縁基板の両側縁と当該側縁に近い方の前記アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約0.5〜0.9λ 0 に設定し、前記グランド板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向の幅を前記第1及び第2の絶縁基板より大きく形成し、かつ、当該グランド板の一方の側縁から前記一方の側縁に近い方の前記一方のアンテナ素子の中心までの距離と、当該グランド板の他方の側縁から前記他方の側縁に近い方の前記他方のアンテナ素子の中心までの距離との差を約0.5λ0に設定して正面方向の軸比を改善したことを特徴とする。
上記のようにグランド板の両側縁から各アンテナ素子の中心の距離の差を約0.5λ0に設定することにより、グランド板の左右両側縁からの回折波の位相差が180°となって相互に打ち消し合い、この結果、正面方向の軸比をアンテナ素子のみの特性とすることができる。
【0010】
第3の発明に係るグランド板付アレーアンテナは、前記第1の発明又は第2の発明に係るグランド板付アンテナにおいて、アンテナ素子をアレー配置したことを特徴とする。
上記のように第1の発明又は第2の発明に係るグランド板付アンテナのアンテナ素子をアレー配置することによって、電力半値幅を広げ、あるいは正面方向の軸比を良好にしてアンテナ利得を向上することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係るグランド板付アンテナ10の平面図、図2は同アンテナ10の側面図である。図1及び図2において、11は厚さが1mm程度の例えば方形状の絶縁基板で、一方の面(上側面)には例えば円偏波用の2つのアンテナ素子12a、12bが設けられる。上記絶縁基板11は、側縁とアンテナ素子12a、12bの中心との距離dが約0.5〜0.9λ0の範囲で大きさが設定される。また、上記アンテナ素子12a、12bとしては、例えば直径が15mm程度の円形のパッチ素子が用いられ、素子間隔(中心間隔)Wは、約0.5λ0に設定される。なお、上記アンテナ素子12a、12bは、円形に限定されるものではなく、方形等、その他の形状に形成しても良い。
【0012】
上記絶縁基板11の他方の面(下側面)には、上記絶縁基板11と同形の給電用絶縁基板13が積層して設けられる。この給電用絶縁基板13の一方の面、すなわち絶縁基板11に対向する面には、アンテナ素子12a、12bに対応させて給電ライン14a、14bが例えばマイクロストリップラインにより形成される。上記給電ライン14a、14bは、例えば給電用絶縁基板13に設けたスルーホール(図示せず)により他方の面に導出して給電端子に接続する。上記のように給電ライン14a、14bは、アンテナ素子12a、12bに対して所定の間隔を保って対向配置し、電磁結合により給電する。
【0013】
また、上記給電用絶縁基板13の他方の面には、厚さが1〜2mm程度の金属板を使用した例えば方形状のグランド板15が上記給電端部を除いて設けられる。このグランド板15は、例えば左右の両側縁が絶縁基板11、13より幅La分だけ大きく、すなわち、両側縁と各アンテナ素子12a、12bの中心との距離Lがそれぞれ約1〜1.5λ0になるように設定される。
【0014】
上記のようにグランド板15を絶縁基板11、13の両側縁より側方に突出させて形成し、グランド板15の両側縁と各アンテナ素子12a、12bの中心との距離Lをそれぞれ約1〜1.5λ0の範囲で設定することにより、アンテナ素子12a、12bの直接波とグランド板15の両側縁を経由する回折波が相互に作用し、両者の位相関係から電力半値幅を広げることができる。
【0015】
図3は、上記グランド板付アンテナ10において、送受信周波数を5.8GHz、アンテナ素子12a、12bの間隔Wを26mm(=0.5λ0)、アンテナ素子12a、12bの中心と絶縁基板11、13の両側縁までの距離dを47mm(=0.91λ0)とし、絶縁基板11、13の側縁からグランド板15の側縁までの距離Laを「0mm」、「10mm」、「20mm」に変化させた場合の電力半値幅を測定して示したものである。
【0016】
絶縁基板11、13の側縁からグランド板15の側縁までの距離Laが「0mm」のときの電力半値幅は「36°」、距離Laが「10mm」のときの電力半値幅は「42°」、距離Laが「20mm」のときの電力半値幅は「49°」であった。
【0017】
上記絶縁基板11、13の側縁からグランド板15の側縁までの距離Laが「20mm」のとき、アンテナ素子12a、12bの中心とグランド板15の両側縁までの距離Lは約1.3λ0であり、仕様の電力半値幅45°以上を達成することができた。
【0018】
なお、上記実施形態において、絶縁基板11、13よりグランド板15を大きく設定する場合、グランド板15は絶縁基板11、13と同じ大きさとし、グランド板15に対して別体の接地板を付加することにより、所定の大きさとなるようにしても良い。
【0019】
また、上記第1実施形態では、絶縁基板11の上側面にアンテナ素子12a、12bを構成した場合について示したが、絶縁基板11の下側面、すなわち、給電ライン14a、14bと対向する面に形成しても良い。この場合、絶縁基板11と給電用絶縁基板13との間に例えば1mm程度のスペーサを介在させて両者をネジにより固定し、アンテナ素子12a、12bと給電ライン14a、14bとの間に所定の空隙が形成されるようにする。
【0020】
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態について説明する。
図4は本発明の第2実施形態に係るグランド板付アンテナ10の平面図、図5は同アンテナ10の側面図である。この第2実施形態に係るグランド板付アンテナ10は、軸比の劣化を防止することを目的とし、図4及び図5に示すように、一方のアンテナ素子12aの中心からグランド板15の側縁までの距離L1と、他方のアンテナ素子12bの中心からグランド板15の側縁までの距離L2との距離差が約0.5λ0となるように設定している。その他の構成は、第1実施形態と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【0021】
2素子アンテナにおける正面方向の軸比が劣化する原因としては、アンテナ素子12a、12bからの直接波とグランド板15の側縁からの回折波が加わることによる。
【0022】
そこで、第2実施形態では、グランド板15の左側側縁からの回折波と右側側縁からの回折波の距離差を約0.5λ0に設定し、左右両側縁からの回折波の位相差を180°として相互に打ち消し合わせ、結果的に正面方向の軸比をアンテナ素子12a、12bのみの特性としている。
【0023】
上記のように一方のアンテナ素子12aの中心からグランド板15の側縁までの距離L1と、他方のアンテナ素子12bの中心からグランド板15の側縁までの距離L2との距離差を約0.5λ0に設定することにより、2素子アンテナの軸比を良好に保つことができる。
【0024】
(第3実施形態)
次に本発明の第3実施形態について説明する。
図6は本発明の第3実施形態に係るグランド板付アレーアンテナ20の平面図である。この第3実施形態に係るグランド板付アレーアンテナ20は、上記第1実施形態あるいは第2実施形態に示したグランド板付アンテナ10をアレー配置したもので、円偏波用として構成している。各アンテナ素子12a、12bに対して設けた給電ライン14a、14bは、例えばマイクロストリップラインにより接続し、給電用絶縁基板13のほぼ中央部に設けたスルーホール(図示せず)により他方の面に導出して給電端子21に接続する。
【0025】
この第3実施形態に係るグランド板付アレーアンテナ20では、アンテナ素子12a、12bの中心とグランド板15の両側縁との距離L1、L2をそれぞれ約1〜1.5λ0に設定することにより、第1実施形態と同様に電力半値幅を広げることができ、且つ、アンテナ利得を向上することができる。
【0026】
また、上記グランド板付アレーアンテナ20において、一方のアンテナ素子12aの中心からグランド板15の側縁までの距離L1と、他方のアンテナ素子12bの中心からグランド板15の側縁までの距離L2との距離差を約0.5λ0に設定することにより、第3実施形態で示したように正面方向の軸比を良好に保つことができ、且つ、アンテナ利得を向上することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、グランド板付の2素子アンテナにおいて、各アンテナ素子の中心とグランド板の両側縁との距離をそれぞれ約1〜1.5λ0に設定することにより、電力半値幅を広げることができる。
また、グランド板付の2素子アンテナにおいて、一方のアンテナ素子の中心からグランド板の側縁までの距離と、他方のアンテナ素子の中心からグランド板の側縁までの距離との差を約0.5λ0に設定することにより、正面方向の軸比を良好に保つことができる。
更に、上記グランド板付の2素子アンテナをアレー配置することによって、電力半値幅を広げ、あるいは正面方向の軸比を良好にしてアンテナ利得を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るグランド板付アンテナの平面図。
【図2】同実施形態におけるグランド板付アンテナの側面図。
【図3】同実施形態におけるグランド板付アンテナにおいて、絶縁基板の側縁からグランド板の側縁までの距離を変化させた場合の電力半値幅の測定値を示す図。
【図4】本発明の第2実施形態に係るグランド板付アンテナの平面図。
【図5】同実施形態に係るグランド板付アンテナの側面図。
【図6】本発明の第3実施形態に係るグランド板付アレーアンテナの平面図。
【符号の説明】
10…グランド板付アンテナ
11…絶縁基板
12a、12b…アンテナ素子
13…給電用絶縁基板
14a、14b…給電ライン
15…グランド板
20…グランド板付アレーアンテナ
21…給電端子
Claims (3)
- 方形状の第1の絶縁基板と、前記第1の絶縁基板の一方の面に約0.5λ 0 の素子中心間隔を保って設けられた円偏波用の一対のアンテナ素子と、前記第1の絶縁基板に対向して設けられる前記第1の絶縁基板と同形の第2の絶縁基板と、前記第2の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第2の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、
前記第1及び第2の絶縁基板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向における該絶縁基板の両側縁と当該側縁に近い方の前記アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約0.5〜0.9λ 0 に設定し、
前記グランド板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向における該グランド板の両側縁と当該側縁に近い方の前記アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約1〜1.5λ0に設定して電力半値幅を広げたことを特徴とするグランド板付アンテナ。 - 方形状の第1の絶縁基板と、前記第1の絶縁基板の一方の面に約0.5λ 0 の素子中心間隔を保って設けられた円偏波用の一対のアンテナ素子と、前記第1の絶縁基板に対向して設けられる前記第1の絶縁基板と同形の第2の絶縁基板と、前記第2の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第2の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、
前記第1及び第2の絶縁基板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向における該絶縁基板の両側縁と当該側縁に近い方の前記アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約0.5〜0.9λ 0 に設定し、
前記グランド板は、前記一対のアンテナ素子を結ぶ直線方向の幅を前記第1及び第2の絶縁基板より大きく形成し、かつ、当該グランド板の一方の側縁から前記一方の側縁に近い方の前記一方のアンテナ素子の中心までの距離と、当該グランド板の他方の側縁から前記他方の側縁に近い方の前記他方のアンテナ素子の中心までの距離との差を約0.5λ0に設定して正面方向の軸比を改善したことを特徴とするグランド板付アンテナ。 - 前記請求項1又は請求項2記載のグランド板付アンテナにおいて、アンテナ素子をアレー配置したことを特徴とするグランド板付アレーアンテナ。
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