JP4366469B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、衛星通信用の受信アンテナなどに利用されるアンテナ装置（パッチアンテナ）の給電方法に関するものである。

図５は、共平面給電方式の従来のパッチアンテナの構成を示す図である（例えば、非特許文献１参照）。図５において、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央部分の断面図であり、断面図中の矢印は電界の向きを示している。

従来のパッチアンテナは、接地導体板１と、接地導体板１上に設けた誘電体基板２と、誘電体基板２を挟んで接地導体板１に対向した面に設けたパッチ３と、マイクロストリップ線路９とが設けられている。

パッチ３とマイクロストリップ線路９などによる給電系を同一面上に構成することにより、構造が簡易で薄型のパッチアンテナを構成される。

図６は、電磁結合型給電方式の別の従来のパッチアンテナの構成を示す図である（例えば、非特許文献１参照）。図６において、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央部分の断面図であり、断面図中の矢印は電界の向きを示している。

別の従来のパッチアンテナは、接地導体板１と、接地導体板１の表裏面に設けた誘電体基板２、１０と、誘電体基板２を挟んで接地導体板１に対向した面に設けたパッチ３と、スロット４と、マイクロストリップ線路９と、反射板１１とが設けられている。

接地導体板１に設けられたスロット４にマイクロストリップ線路９から電磁結合により給電し、スロット４から放射した電波を、マイクロストリップ線路９と対向した面に設けられたパッチ３に電磁結合し所望の周波数の電波を放射する。給電系が電気的に非接触であるため、組立てが容易である。また、電界＝０のライン上にスロットを設置できるため、放射パターンの非対称性が発生しない。

羽石操監修「最新平面アンテナ技術」株式会社総合技術センター、１９９３、ｐ１５〜ｐ１６、ｐ７３〜ｐ７４

図５に示す従来のパッチアンテナでは、電界の向きと同じ方向にマイクロストリップ線路９が存在するため、パッチ３から放射された電波がマイクロストリップ線路９に結合し、放射パターンが非対称になるという問題点があった。

また、衛星通信用受信アンテナのように、高い受信感度（Ｇ／Ｔ）を必要とする場合、給電系の損失を減らすためにできるだけパッチに近い位置に増幅回路などを設置する必要があるが、この場合も放射パターンに非対称性が発生するため、設置は困難である。

図６に示す別の従来のパッチアンテナでは、スロット４からパッチ３側への放射と同程度の放射がアンテナ背面（マイクロストリップ線路９）側にも向かい、これが不要放射となるため、背面に反射板１１やキャビティなどを設ける必要があり、かえって組立てが複雑になると共に、大型化するという問題点があった。

また、従来の電磁結合型給電方式では、誘電体基板２の厚みを厚くした場合、スロット４からパッチ３への結合量が低下し、パッチ３を励振できなくなり、アンテナとして動作しなくなるという問題点もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、放射パターンの非対称性を軽減し、不要放射を生じることなく、構造の簡略化、薄型化が可能なアンテナ装置を得るものである。

また、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、給電系の損失を大幅に改善し、アンテナの受信感度（Ｇ／Ｔ）向上を達成することができるアンテナ装置を得るものである。

さらに、この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、広帯域特性を実現することができるアンテナ装置を得るものである。

この発明に係るアンテナ装置は、接地導体板と、前記接地導体板上に設けられた誘電体基板と、前記誘電体基板上に設けられ、電界が零の線分に沿った中央部の位置にスロットを有する導体片と、電界が零の線分に沿って這わせられた同軸線路であって、端部から伸びた内導体が、電界が零の線分に直交する方向に前記スロットの中央をまたいで前記導体片に接続して給電する同軸線路とを設けたものである。

この発明に係るアンテナ装置は、放射パターンの非対称性を軽減し、不要放射を生じることなく、構造の簡略化、薄型化が可能で、また、給電系の損失を大幅に改善し、アンテナの受信感度（Ｇ／Ｔ）向上を達成することができ、さらに、広帯域特性を実現することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置（上面給電アンテナ）の構成を示す図である。図１において、（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の中央部分（横軸方向）の断面図、（ｃ）は側面図である。

図１において、この実施の形態１に係るアンテナ装置は、接地導体板１と、接地導体板１上に設けた誘電体基板２と、誘電体基板２を挟んで接地導体板１に対向した面に設けたパッチ（導体片）３と、パッチ３に設けられたスロット４と、同軸線路５とが設けられている。

この実施の形態１では、パッチ３上面にスロット４を設け、そのスロット４に同軸線路５で直接給電している。より詳細には、同軸線路５の内導体がパッチ３上面のスロット４をまたいで、パッチ３上面に接続しているものである。図１では、同軸線路５を全て同じ太さで描いているが、（ｂ）に示すスロット４をまたいでいる同軸線路５は内導体が描かれ、それ以外では同軸線路５の外導体が描かれている。パッチ３上面のスロット４に給電しているため、アンテナ背面に不要放射が生じることがなく、反射板などの対策は不要となり、構造の簡略化、薄型化が可能である。

また、スロット４をパッチ３中央部の電界＝０となる位置に設けて、かつスロット４に給電するための同軸線路５を電界＝０のラインに沿って這わせることにより、放射パターンの非対称性を軽減することが可能である。

すなわち、この実施の形態１に係るアンテナ装置は、接地導体板１上に誘電体基板２を接着し、その上に導体片３を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片３の上面にスロット４を設け、そのスロット４から励振するものである。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置（パッチ上面に増幅回路を設けた上面給電アンテナ）の構成を示す図である。図２において、（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の中央部分（横軸方向）の断面図、（ｃ）は側面図である。

図２において、この実施の形態２に係るアンテナ装置は、接地導体板１と、接地導体板１上に設けた誘電体基板２と、誘電体基板２を挟んで接地導体板１に対向した面に設けたパッチ３と、パッチ３に設けられたスロット４と、同軸線路５と、パッチ３上面に設けた増幅回路６と、増幅回路６からスロット４へ給電する給電線７とが設けられている。

この実施の形態２では、上記実施の形態１の上面給電パッチアンテナにおいて、スロット４に近傍に増幅回路６を設けることで、給電線７の長さがほぼ０となり線路の損失を大幅に低減でき、アンテナ受信感度（Ｇ／Ｔ）を向上することができる。また、電界が集中していないパッチ３中央部付近に増幅回路６を設けることで、放射パターンの非対称性を軽減することが可能である。

すなわち、この実施の形態２に係るアンテナ装置は、接地導体板１上に誘電体基板２を接着し、その上に導体片３を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片３の上面にスロット４を設け、そのスロット４から励振し、さらに、スロット上面給電部近傍に増幅回路６、発信回路、受信回路などを設けたものである。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置（上部に非励振素子を設けた上面給電アンテナ）の構成を示す図である。図３において、（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の中央部分（横軸方向）の断面図、（ｃ）は側面図である。

図３において、この実施の形態３に係るアンテナ装置は、接地導体板１と、接地導体板１上に設けた誘電体基板２と、誘電体基板２を挟んで接地導体板１に対向した面に設けたパッチ３と、パッチ３に設けられたスロット４と、同軸線路５と、パッチ３上面にスタックした非励振素子８とが設けられている。

この実施の形態３では、上記実施の形態１の上面給電パッチアンテナの上面に非励振素子８をスッタクすることにより広帯域化を実現できる。

すなわち、この実施の形態３に係るアンテナ装置は、接地導体板１上に誘電体基板２を接着し、その上に導体片３を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片３の上面にスロット４を設け、そのスロット４から励振し、さらに、パッチアンテナの上面の空間あるいは低誘電率の層をおいてパッチアンテナとほぼ共振周波数の等しい非励振素子８を１層または複数層設けたものである。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置（電界＝０の線分に垂直な方向の中心軸上に設けた貫通穴を通して裏側から給電する上面給電アンテナ）の構成を示す図である。図４において、（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は（ａ）の中央部分（横軸方向）の断面図、（ｃ）は（ａ）の中央部分（縦軸方向）の断面図である。

図４において、この実施の形態４に係るアンテナ装置は、接地導体板１と、接地導体板１上に設けた誘電体基板２と、誘電体基板２を挟んで接地導体板１に対向した面に設けたパッチ３と、パッチ３に設けられたスロット４と、同軸線路５とが設けられている。

この実施の形態４では、上記実施の形態１の上面給電パッチアンテナにおいて、貫通穴を通してパッチアンテナ背面から給電できるため、給電線の取り回しが容易になり、本パッチアンテナをアレー化した場合などに効率的に配置することができる。

すなわち、この実施の形態４に係るアンテナ装置は、接地導体板１上に誘電体基板２を接着し、その上に導体片３を設けてなるパッチアンテナにおいて、その導体片３の上面にスロット４を設け、そのスロット４から励振し、さらに、パッチアンテナの電源、種信号などをスロットの電界（＝０）の線分に垂直な方向の導体片３の中心に設けた貫通穴を通してパッチアンテナの裏側から供給するものである。

なお、上記実施の形態１〜４のいずれかのパッチアンテナを多数配列したアレーアンテナにおいて、素子アンテナ間をスロットの電界（＝０）の線分に垂直な方向の軸上に設けた導体帯によって結合し、電源、種信号などを供給する線路をその導体帯上に設けてアレーアンテナを構成してもよい。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置（上面給電アンテナ）の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置（パッチ上面に増幅回路を設けた上面給電アンテナ）の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置（上部に非励振素子を設けた上面給電アンテナ）の構成を示す図である。 この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置（電界＝０の線分に垂直な方向の中心軸上に設けた穴を通して裏側から給電する上面給電アンテナ）の構成を示す図である。 共平面給電方式の従来のパッチアンテナの構成を示す図である。 電磁結合型給電方式の別の従来のパッチアンテナの構成を示す図である。

符号の説明

１ 接地導体板、２ 誘電体基板、３ パッチ、４ スロット、５ 同軸線路、６ 増幅回路、７ 給電線、８ 非励振素子。

Claims (5)

1. 接地導体板と、
   前記接地導体板上に設けられた誘電体基板と、
   前記誘電体基板上に設けられ、電界が零の線分に沿った中央部の位置にスロットを有する導体片と、
   前記導体片及び前記誘電体基板上に設けられ、電界が零の線分に沿って這わせられた同軸線路であって、端部から伸びた内導体が、電界が零の線分に直交する方向に前記スロットの中央をまたいで前記導体片に接続して給電する同軸線路と
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記スロットの近傍に受信感度を向上させる回路を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記導体片の上部に設けられた非励振素子
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
4. 前記同軸線路を、前記スロットの電界が零の線分に垂直な方向の前記導体片上の中心に設けた貫通穴を経て前記接地導体板の下側に通した
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載のアンテナ装置。
5. 請求項１から請求項４までに記載のいずれかのアンテナ装置を多数配列したアレー型のアンテナ装置において、素子アンテナ間を前記スロットの電界が零の線分に垂直な方向の軸上に設けた導体帯によって結合し、給電線路を前記導体帯上に設けた
   ことを特徴とするアンテナ装置。

Images