JP4070784B2 - アンテナおよびアレイアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナおよびアレイアンテナに係り、特に、９０°ビームアンテナに関する。

図７は、従来の片端短絡型マイクロストリップアンテナの概略構成を示す模式図である。
同図において、２は誘電体基板であり、この誘電体基板２上にマイクロストリップアンテナ素子３が形成される。このマイクロストリップアンテナ素子３は、励振素子を構成する。
また、このマイクロストリップアンテナ素子３上に、矩形形状の第１の放射素子４_１、および第２の放射素子４_２とが形成される。
第１の放射素子４_１と第２の放射素子４_２とは、一辺が互いに対向するとともに、当該一辺から遠い側の他端には接地電位が印加される。
即ち、図７に示すアンテナは、水平偏波で、９０°ビームアンテナ（あるいは、９０°の水平面指向特性を有するアンテナ）を構成する際に、その素子に、片端短絡形のパッチアンテナ素子を２個向かい合わせに配置するものである。

しかしながら、前述の図７に示すアンテナでは、第１の放射素子４_１と第２の放射素子４_２との他端に接地電位を印加するために、第１の放射素子４_１と第２の放射素子４_２との他端を、誘電体基板２の裏面（マイクロストリップアンテナ素子３が形成される面と反対側の面）に形成される接地電極に半田付けする必要がある。
そのため、前述の図７に示すアンテナでは、組立てが複雑になるだけでなく、特性のばらつきも増加するという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、接地電極に半田付けする工程をなくし、組立てを容易にした９０°ビームアンテナおよびアレイアンテナを提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前述の課題を解決するために、本発明のアンテナは、反射板と、前記反射板の反射面上に配置される励振素子と、前記反射板の反射面上で、前記励振素子上に配置される矩形形状の第１の放射素子と第２の放射素子とを有し、前記第１の放射素子と第２の放射素子は、前記反射板および前記励振素子と接触せず、前記第１の放射素子は、前記第２の放射素子と対向しない側の端部が、前記反射板側に向かって折り曲げられ、前記第２の放射素子は、前記第１の放射素子と対向しない側の端部が、前記反射板側に向かって折り曲げられていることを特徴とする。
また、本発明では、アンテナの使用中心周波数の波長をλｏ、前記第１の放射素子の前記第２の放射素子と対向する辺と、前記第２の放射素子の前記第１の放射素子と対向する辺との間隔をＴ、前記第１の放射素子の前記第２の放射素子と対向する辺と直交する辺の長さと、前記第２の放射素子の前記第１の放射素子と対向する辺と直交する辺の長さを、それぞれＬ、前記第１の放射素子および第２の放射素子と前記励振素子との間隔をＨとするとき、０．０１λｏ≦Ｔ≦０．０６λｏ、０．１５λｏ≦Ｌ≦０．３０λｏ、０．０２λｏ≦Ｈ≦０．１５λｏを満足する。
また、本発明では、前記励振素子は、環状スロットアンテナ素子、あるいは、マイクロストリップアンテナ素子である。
また、本発明は、前述のアンテナをアレイ状に配置したアレイアンテナである。

本発明では、励振素子（環状スロットアンテナ素子、あるいは、マイクロストリップアンテナ素子）により、第１の放射素子と第２の放射素子とを励振することで、仮想中心線（第１の放射素子における第２の放射素子と対向する側の端部と、第２の放射素子における第１の放射素子と対向する側の端部との間の中心を通る仮想線）を挟んで対向する端部と、第１の放射素子および第２の放射素子の両端部に電界が発生し、これらの電界が波源となり水平偏波の電波が放射される。
ここで、第１の放射素子および第２の放射素子と、反射板とを組み合わせることにより、水平偏波で、９０°のビームアンテナを構成することができる。
さらに、複数の励振素子（環状スロットアンテナ素子、あるいは、マイクロストリップアンテナ素子）と、それらに給電するための分配回路を１枚の誘電体基板上に形成することで、簡単な構造でアレイアンテナを構成することができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、接地電極に半田付けする工程をなくし、組立てを容易にした９０°ビームアンテナおよびアレイアンテナを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１のアンテナを示す模式斜視図である。
同図において、１_１，１_２は反射板、２は誘電体基板であり、この誘電体基板２は、反射板１_２の反射面上に所定の間隔をおいて配置される。そして、この誘電体基板２上に環状スロットアンテナ素子５が形成される。この環状スロットアンテナ素子５は、励振素子を構成する。
また、反射板１_２の反射面上で、環状スロットアンテナ素子５上に、矩形形状の第１の放射素子６_１、および第２の放射素子６_２とが形成される。
本実施例では、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２とは、一般の無給電素子と同様、他の導電性の箇所と接触することなく配置される。
ここで、第１の放射素子６_１および第２の放射素子６_２は、例えば、誘電体基板２と、第１の放射素子６_１および第２の放射素子６_２との間に適宜充填される固体誘電体か、あるいは、適当な材質からなるスペーサを介して、環状スロットアンテナ素子５上に所定の間隔（図２のＨ）をおいて配置される。

図２は、図１に示す第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２を説明するための図である。
同図に示すように、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２とは、仮想中心線１０に対して線対称に配置される。また、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２は、仮想中心線１０から遠い側の端部が、反射板側に向かって折り曲げらる。
本実施例において、アンテナの使用中心周波数の波長をλｏ、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２の仮想中心線１０を挟んで対向する端部の間隔をＴとするとき、Ｔの値は、０．０１λｏ≦Ｔ≦０．０６λｏとされる。
ちなみに、図７に示すアンテナでは、第１の放射素子４_１と第２の放射素子４_２の仮想中心線１０を挟んで対向する端部の間隔は、ほぼ、０．１３λｏとされる。
このように、本実施例では、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２の仮想中心線１０を挟んで対向する端部の間隔（Ｔ）が、図７に示すアンテナよりも小さな値とされる。
また、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２の仮想中心線１０と直交する方向の長さをＬ１（図２のＬａ＋Ｌｃ）、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２の仮想中心線１０に沿った方向の長さをＬ２（図２のＬｂ）、第１の放射素子６_１および第２の放射素子６_２と環状スロットアンテナ素子５との間隔をＨとするとき、Ｌ１、Ｌ２、Ｈは、下記（１）式を満足する値とされる。
０．１５λｏ≦Ｌ１≦０．３０λｏ
０．１０λｏ≦Ｌ２≦０．３０λｏ
０．０２λｏ≦Ｈ≦０．１５λｏ ・・・・・・・・・・・・・ （１）

前述したように、本実施例では、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２の仮想中心線１０を挟んで対向する端部の間隔（Ｔ）が、図７に示すアンテナよりも小さな値とされる。
これにより、本実施例では、励振素子（誘電体基板２上に形成される環状スロットアンテナ素子５）により、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２とを励振することで、仮想中心線を挟んで対向する端部と、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２の両端部に電界が発生し、これらの電界が波源となり水平偏波の電波が放射される。
そして、第１の放射素子６_１および第２の放射素子６_２と、反射板（１_１，１_２）とを組み合わせることにより、水平偏波で、９０°のビームアンテナを構成することができる。
図３は、本実施例のアンテナの水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。
図３に示すように、本実施例のアンテナでは、ビーム幅が９０°となっていることが分かる。なお、ビーム幅とは、相対利得が−３ｄＢ以下となる範囲の角度である。
図４は、本実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示すグラフである。
同図において、横軸は周波数であり、中心周波数は２．０ＧＨｚで、目盛間隔は、０．０６ＧＨｚである。

［実施例２］
図５は、本発明の実施例２のアンテナを示す模式斜視図である。
本実施例は、平板状の第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２とを使用した点で、前述の実施例１のアンテナと相違する。
即ち、本実施例では、第１の放射素子６_１と第２の放射素子６_２とにおける、仮想中心線１０から遠い側の端部が、前述の実施例１のように、反射板側に向かって折り曲げられることなく、平板状に形成される。
本実施例では、水平面内におけるビーム幅が、前述の実施例１よりも狭くなる。

［実施例３］
図６は、本発明の実施例３のアレイアンテナを示す模式斜視図である。
同図に示すように、本実施例のアレイアンテナは、前述の実施例１のアンテナを、図１のＹ方向に４個配置し、アレイアンテナを構成したものである。
本実施例では、複数の励振素子（環状スロットアンテナ素子）と、それらに給電するための分配回路を、誘電体基板２上に形成することができるので、簡単な構造でアレイアンテナを構成することができる。
なお、前述までの説明では、励振素子として、誘電体基板２上に形成される環状スロットアンテナ素子５を使用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、励振素子として、図７に示すマイクロストリップアンテナ素子３を使用することも可能である。
また、第１の放射素子４_１および第２の放射素子４_２も、矩形形状に限定されるものではなく、楕円形状などであってもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例１のアンテナを示す模式斜視図である。 図１に示す第１の放射素子と第２の放射素子を説明するための図である。 本発明の実施例１のアンテナの水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１のアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例２のアンテナを示す模式斜視図である。 本発明の実施例３のアレイアンテナを示す模式斜視図である。 本発明の前に、本発明者によって考案されたアンテナの概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１，１_１，１_２ 反射板
２ 誘電体基板
３ マイクロストリップアンテナ素子
４_１，４_２，６_１，６_２ 放射素子
５ 環状スロットアンテナ素子
１０ 仮想中心線

Claims (4)

1. 反射板と、
   前記反射板の反射面上に配置される励振素子と、
   前記反射板の反射面上で、前記励振素子上に配置される矩形形状の第１の放射素子と第２の放射素子とを有し、
   前記第１の放射素子と第２の放射素子は、前記反射板および前記励振素子と接触せず、
   前記第１の放射素子は、前記第２の放射素子と対向しない側の端部が、前記反射板側に向かって折り曲げられ、
   前記第２の放射素子は、前記第１の放射素子と対向しない側の端部が、前記反射板側に向かって折り曲げられていることを特徴とするアンテナ。
2. アンテナの使用中心周波数の波長をλｏ、前記第１の放射素子の前記第２の放射素子と対向する辺と、前記第２の放射素子の前記第１の放射素子と対向する辺との間隔をＴ、前記第１の放射素子の前記第２の放射素子と対向する辺と直交する辺の長さと、前記第２の放射素子の前記第１の放射素子と対向する辺と直交する辺の長さを、それぞれＬ、前記第１の放射素子および第２の放射素子と前記励振素子との間隔をＨとするとき、
   ０．０１λｏ≦Ｔ≦０．０６λｏ
   ０．１５λｏ≦Ｌ≦０．３０λｏ
   ０．０２λｏ≦Ｈ≦０．１５λｏ
   を満足することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記励振素子は、環状スロットアンテナ素子、あるいは、マイクロストリップアンテナ素子であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のアンテナをアレイ状に配置したことを特徴とするアレイアンテナ。

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