JP2000124734A - 平板型アレイアンテナ - Google Patents

平板型アレイアンテナ

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】アレー化したパッチアンテナ素子に直列給電を
行なう場合においても、理想的なアレイ間隔を確保で
き、最大利得を得ることができる上、大幅なコスト低減
をはかり得る平板型アレイアンテナを提供。 【解決手段】本発明の平板型アレイアンテナは、金属板
からなるグランド板(10)上に複数のパッチアンテナ素子
(11,12) をそれぞれ絶縁スペーサ(13,14) を介して所定
ピッチ（Ｐ＝λ）で配置し、各パッチアンテナ素子間を
給電ライン(17)で接続したことを主たる特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＷＬＬ（ワ
イヤレス・ローカル・ループ）端末機用送受信アンテナ
等として適用可能な平板型アレイアンテナ関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の平板型アレイアンテナ
は、一般に誘電体基板上に金属箔からなるパッチアンテ
ナ素子、およびストリップ線路からなる給電ライン等を
被着したものとなっている。このような構成のアンテナ
では、誘電体効果によりアンテナが小型化されるが、そ
の反面、誘電体損失による利得の低下等が生じ、利用可
能なＶＳＷＲ帯域幅も狭いものとなる。さらにアンテナ
の利得を上げるべく複数のパッチアンテナ素子をアレー
化し、これらのアンテナ素子に直列給電を行なう場合に
おいて下記のような問題が生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５の（ａ）〜（ｃ）
に示すように、誘電体基板１００上に複数（本例では２
個）のパッチアンテナ素子１０１、１０２を設け、これ
らのパッチアンテナ素子１０１、１０２に対してストリ
ップ線路からなる給電ライン１０３、１０４を介して給
電点１０５から直列給電する如く構成した場合におい
て、誘電体基板１００による短縮率の影響でパッチアン
テナ素子１０１と１０２を、最適なアレイ間隔に配置す
ることが困難になるという問題がある。
【０００４】すなわち図５の（ａ）（ｂ）に示すよう
に、パッチアンテナ素子１０１、１０２の素子長および
相互間隔は、送受信波の波長をλとしたとき、それぞれ
λ／２に設定される。しかるに誘電体基板１００の誘電
体効果の一つである短縮率の影響を受けるため、給電ラ
イン１０３の長さ、換言すればパッチアンテナ素子１０
１と１０２との間の実際の物理的距離Ｒは、パッチアン
テナ素子長に比べて短いものとなる。たとえば今、誘電
体基板１００としてテフロン（商品名：デュポン社）を
用い、その実効誘電率をεe とすると、距離Ｒは Ｒ＝λ／２（εe ）1/2 ＝約０．７λ／２ となる。このため理想的なアレイ間隔を得ることができ
なくなり、図５の（ｃ）に示すように、パッチアンテナ
素子１０１と１０２の各エネルギー面積Ｓ１とＳ２とが
一部オーバラップする現象が生じる。その結果、アンテ
ナ効率が低下し最大利得が得られない。因みに誘電体基
板１００として上記テフロンを使用した場合の利得は８
〜９ｄＢｉ程度である。
【０００５】なお各パッチアンテナ素子１０１、１０２
に対して並列給電を行なうようにすれば、上記のような
不具合は生じないが、その反面、分配器を必要とするた
め、構造が複雑となり、アンテナ全体が大型化する欠点
が生じる。
【０００６】本発明の目的は、アレー化したパッチアン
テナ素子に直列給電を行なう場合においても、理想的な
アレイ間隔を確保でき、最大利得を得ることができる
上、大幅なコスト低減をはかり得る平板型アレイアンテ
ナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の平板型アレイアンテナは下記
の如く構成されている。なお下記以外の本発明の特徴あ
る構成については実施形態の中で明らかにする。
【０００８】本発明の平板型アレイアンテナは、金属板
からなるグランド板上に、複数のパッチアンテナ素子を
それぞれ絶縁スペーサを介して所定ピッチで配置し、各
パッチアンテナ素子間を給電ラインで接続したことを主
たる特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】（第１実施形態） 「構成」図１の（ａ）（ｂ）において、１０はたとえば
黄銅などの金属板からなるグランド板であり、このグラ
ンド板１０の上に、同じく黄銅などの金属板からなる複
数（本実施形態では２個）のパッチアンテナ素子１１、
１２が、それぞれ長さＧの短円柱状をなす絶縁スペーサ
１３、１４を介して支持されている。絶縁スペーサ１
３，１４としては，ポリアセタール、ポリカーボネイ
ト、ＡＢＳなどの樹脂が用いられる。１５、１６は取付
け固定用のビスである。各パッチアンテナ素子１１、１
２は所定のアレイ間隔、すなわちピッチＰ＝λにて配置
されており、両素子間は長さλ／２のストリップ線路か
らなる給電ライン１７によって接続されている。給電ラ
イン１７を構成しているストリップ線路としては、黄銅
または銅の線材ないし板材が用いられる。一方のパッチ
アンテナ素子１２の一部には給電点Ａ、Ｂが定められて
いる。Ｂ点では指向性のサイドローブが左右アンバラン
スになる為、Ａ点を給電点とすることが好ましい。
【００１０】本実施形態では図１の（ｂ）に示すように
Ａ点に給電ピン１８を立て、この給電ピン１８のグラン
ド板１０の裏面に突出した部分をリアタンス補正用の整
合基板１０に接続し、この整合基板１９をフィーダ２０
と接続している。
【００１１】「作用」本実施形態においては、グランド
板１０上に短円柱状の絶縁スペーサ１３，１４をそれぞ
れ介して素子長λ／２のパッチアンテナ素子１１，１２
が所定のアレイ間隔（ピッチＰ＝λ）で配置され、各パ
ッチアンテナ素子間が長さλ／２のストリップ線路から
なる給電ライン１７で接続されている。
【００１２】したがって誘電体損失の元となる誘電体と
しては各パッチアンテナ素子１１，１２を局部的に支持
している極めて小さな絶縁スペーサ１３，１４のみとな
り、誘電率εr は略空気に近い「１」となる。したがっ
て誘電体損失は極めて小さく利得低下はほとんどない。
そして二つのパッチアンテナ素子１１，１２間は空中を
橋渡しする如く設けられた線状または板状のストリップ
線路からなる給電ライン１７（１００〜５００Ω）で接
続されており、誘電体が関与していないので、給電ライ
ン１７の長さすなわち素子間の物理的長さは殆んど短縮
されない。このため図１の（ｃ）に示す如くエネルギー
面積Ｓ１，Ｓ２の一部がオーバラップすることを回避で
き、理想的なアレイ間隔を得ることがでる。このためア
ンテナ効率がよく、二素子１１，１２からなるパッチア
レイアンテナの利得を、従来は８〜９ｄＢｉ程度であっ
たものを１２ｄＢｉ以上とすることが可能となった。さ
らに利用可能なＶＲＷＲの帯域幅も十分広いものとなっ
た。
【００１３】具体的には図２に示すように、ＶＳＷＲが
１．５以下で従来は約１．５％であったものが約２．９
％に、又ＶＳＷＲが１．８以下で従来は約２．８％であ
ったものが約５．３％にそれぞれ大幅に改善された。
【００１４】なお図３、図４に示す如く、Ｈ面（磁界
面）の指向性も、Ｅ面（電界面）の指向性も、十分実用
に供し得る良好な特性を有することが確認された。
【００１５】コスト面については、従来の誘電体基板を
用いたのものに比べると、材料費が僅か１０〜２０％程
度の低価格となり超低コスト化がはかれる。
【００１６】（実施形態における特徴点） ［１］実施形態に示された平板型アレイアンテナは、金
属板からなるグランド板(10)上に複数のパッチアンテナ
素子(11,12) をそれぞれ絶縁スペーサ(13,14) を介して
所定ピッチ（Ｐ＝λ）で配置し、各パッチアンテナ素子
(11,12) 間を給電ライン(17)で接続したことを特徴とし
ている。 ［２］実施形態に示された平板型アレイアンテナは、前
記［１］に記載した平板型アレイアンテナであって、前
記絶縁スペーサ(13,14) は、各パッチアンテナ素子の一
部を局部的に支持可能な柱状体からなることを特徴とし
ている。 ［３］実施形態に示された平板型アレイアンテナは、前
記［１］または［２］に記載した平板型アレイアンテナ
であって、各パッチアンテナ素子(11,12) は送受信波の
波長をλとしたとき、素子長がλ／２に設定され、ピッ
チλで配置されていることを特徴としている。 ［４］実施形態に示された平板型アレイアンテナは、前
記［１］または［２］または［３］に記載した平板型ア
レイアンテナであって、給電ライン(17)は各パッチアン
テナ素子(11,12) 相互間を橋渡しする如く張設されたス
トリップ線路であることを特徴としている。 ［５］実施形態に示された平板型アレイアンテナは、前
記［１］〜［４］に記載されている事項を適宜組み合わ
せた内容を含んでいることを特徴としている。
【００１７】
【発明の効果】本発明は、金属板からなるグランド板上
に複数のパッチアンテナ素子をそれぞれ絶縁スペーサを
介して所定ピッチで配置し、各素子間を給電ラインで接
続したことを主たる特徴としている。
【００１８】したがって本発明によれば、アレー化した
パッチアンテナ素子に直列給電を行なう場合において
も、理想的なアレイ間隔を確保でき、最大利得を得るこ
とができる上、大幅なコスト低減をはかり得る、等の利
点を持つ平板型アレイアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る平板型アレイアン
テナを示す図で、（ａ）は構成を示す斜視図、（ｂ）は
構成を示す側面図、（ｃ）は作用説明図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る平板型アレイアン
テナのＶＳＷＲ特性を示す曲線図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る平板型アレイアン
テナのＨ面の指向性を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る平板型アレイアン
テナのＥ面の指向性を示す図。
【図５】従来例に係る平板型アレイアンテナを示す図
で、（ａ）は構成を示す斜視図、（ｂ）は構成を示す側
面図、（ｃ）は問題点説明図。
【符号の説明】
１０…グランド板 １１、１２…パッチアンテナ素子 １３、１４…絶縁スペーサ １５、１６…ビス １７…給電ライン（ストリップ線路） １８…給電ピン １９…整合基板 ２０…フィーダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA09 AB06 CA01 FA00 GA08 HA05 5J045 AA05 DA10 EA07 FA02 HA03 MA07

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属板からなるグランド板上に、複数のパ
    ッチアンテナ素子をそれぞれ絶縁スペーサを介して所定
    ピッチで配置し、各パッチアンテナ素子間を給電ライン
    で接続したことを特徴とする平板型アレイアンテナ。
  2. 【請求項２】前記絶縁スペーサは、各パッチアンテナ素
    子の一部を局部的に支持可能な柱状体からなることを特
    徴とする請求項１に記載の平板型アレイアンテナ。
  3. 【請求項３】前記各パッチアンテナ素子は、送受信波の
    波長をλとしたとき素子長をλ／２に設定され、ピッチ
    λで配置されていることを特徴とする請求項１または２
    に記載の平板型アレイアンテナ。
  4. 【請求項４】前記給電ラインは、各パッチアンテナ素子
    相互間を橋渡しする如く張設されたストリップ線路であ
    ることを特徴とする請求項１または２または３に記載の
    平板型アレイアンテナ。
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