JP2001345630A - スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで容易に高利得の単方向指向性を有す
るスロットアンテナを提供する。 【解決手段】導体板に給電部を有するスロットが形成さ
れたスロットアンテナにおいて、前記導体板には、前記
スロットの両側に該スロットについて対称の位置関係で
配置された二つの開口窓を有し、該二つの開口窓のおの
おのには中央位置の両縁を相互に電気的に連結する帯状
導体が配置されており、該導体板と所要間隔を保つよう
に導体反射板が配置され、前記導体板の前記スロットの
前面側に単方向指向性のアンテナ利得が得られるように
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高利得な無線通信
用指向性アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイポールアンテナと補対関係にあるア
ンテナとしてスロットアンテナがある。このスロットア
ンテナは、広い導体板、理想的には無限導体板に細長い
穴をあけその部分から電波を放射させるようにしたアン
テナである。通常は、ある程度の大きさの導体板に直線
上の細長い溝（スロット）をあけ、その溝の両端に給電
した構造になっている。スロットアンテナの給電には導
波管，同軸線路，ストリップラインなどが考えられる。
このうち同軸線路，ストリップラインでの給電の場合、
給電点位置をスロットの中央からオフセットを設けてず
らせることにより、簡単に５０オームに整合をとること
ができる。このようにスロットアンテナは、比較的簡単
に構成することができる。また指向性は、スロットを設
けた導体板の正面方向と背面方向の２方向に同程度の大
きさの電磁界が放射され、側面方向には放射されない性
質を持つ。実際の測定によると、ある程度の大きさの導
体板を有するスロットアンテナは、ダイポールアンテナ
と同程度の利得をもつが、その構造はダイポールよりも
簡単である。スロットアンテナの応用例としては、２．
４ＧＨｚ無線ＬＡＮのダイバーシチ用平面アンテナとし
て用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにスロットア
ンテナは構造的には簡単であるが、高利得化に関しては
難しい側面をもっていた。スロットアンテナの場合、導
体板の背面方向の電磁界を前面方向に重ね合わせて利得
の向上を図ることができなかったからである。例えば、
スロットアンテナの後方に導体反射板を設けても反射板
から反射された電磁界はスロットアンテナを構成する導
体板に遮られて前方には放射されない。このため、導体
板の前面方向と背面方向の２方向に指向性をもつアンテ
ナとしては優れているが、一方向の利得をもつアンテナ
として実現した場合、利得の向上がそれほど望めず、導
体板の背面方向に放射される電磁界を充分利用していな
かった。これに対してダイポールアンテナの場合、アン
テナの後方に導体反射板をおくことによって、アンテナ
の後方に放射された電磁界を導体反射板から反射させ、
アンテナの前方に放射される電磁界と同相にすることに
よって利得の向上を図ることが可能である。

【０００４】構造の簡単さにおいてはダイポールアンテ
ナより優れているスロットアンテナであるが、反射板に
よる利得の向上が難しく、たとえアレイアンテナにして
も一方向に指向性をもつ高利得な指向性アンテナの実現
が難しい欠点を有していた。

【０００５】本発明は、低コストで容易に高利得の単方
向指向性を有するスロットアンテナを提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるスロットアンテナは、導体板に給電部
を有するスロットが形成されたスロットアンテナにおい
て、前記導体板には、前記スロットの両側に該スロット
について対称の位置関係で配置された二つの開口窓を有
し、該二つの開口窓のおのおのには中央位置の両縁を相
互に電気的に連結する帯状導体が配置されており、該導
体板と所要間隔を保つように導体反射板が配置され、前
記導体板の前記スロットの前面側に単方向指向性のアン
テナ利得が得られるように構成されている。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明による前記スロットアンテ
ナは、次のように実施することができる。前記二つの開
口窓は、同形で形成することが制作上好都合である。前
記導体板と前記導体反射板とは、使用波長の１／４に近
似する間隔を保つスペーサを介して配置されているとき
が、高利得を得ることができる。前記スペーサは金属ス
ペーサであるときが無限平面効果に近ずくことになる。
前記導体板は両面プリント板で形成され、前記給電部は
該両面プリント板上の導体パターンで形成すれば、給電
部の安定化と制作容易性を達成することができる。前記
導体板には、前記スロットの複数個がアレー状に配置さ
れてアレーアンテナを形成することができる。前記アレ
ーアンテナの構成において、前記開口窓の二つが前記ス
ロットを介在することなしに隣接配置されることになっ
たときには、当該隣接配置されることになった前記二つ
の開口窓を共通の一つの開口窓として形成することがで
きる。導体反射板は平面の導体板だけではなく、円筒面
の一部、放物面などの曲面でも効果は大きく、また二枚
の板で構成されたコーナーリフレクタ型の反射板を用い
てもよい。導体反射板には、平面の導体板の外に、円筒
面の一部，放物面などの曲面を用いることができる。

【０００８】〔実施例〕本発明について図面を参照して
説明する。図１は、本発明の実施例を示す。これは本発
明のアンテナ１個の場合の高利得スロットアンテナであ
る。１はスロットアンテナを構成する導体板である。２
は直線上の細長い溝（スロット）で本実施例では、半波
長の長さでアンテナとして共振する。電磁界はこの共振
したスロットから放射される。３はスロットに給電する
ための同軸ケーブルである。このとき同軸ケーブルの中
心導体をスロット２の溝の左側直近の導体板に電気的に
接続し、同軸ケーブルの外被をスロット２の溝の右側直
近の導体板に電気的に接続する。４はスロット２の両側
に設けられた窓状開口である。この窓状開口は導体が取
り除かれている。ここではこれを開口窓と呼ぶことにす
る。６は導体反射板でスロット２の後方へ放射された電
磁界を前方に反射させる働きをもつ。原理的にはスロッ
トと反射板の距離が１／４波長のときスロットの前方へ
の放射電磁界と反射板からの反射波が同位相になり利得
が最も大きくなる。しかしながら、この距離は大きくず
れなければ、１／４波長でなくても効果は充分にある。
７はスロットを構成する導体板１と導体反射板６を約１
／４波長の距離に保つための金属スペーサである。本実
施例では金属スペーサを用いたが他の方法で導体板１と
導体反射板６を約１／４波長の距離に保ってもよい。た
だし、金属スペーサとプラスチックスペーサを特に比較
した場合、金属スペーサはスロットアンテナを構成する
導体板１と導体反射板６を電気的に接続するので、スロ
ットを構成する導体板が原理的な無限平面にさらに近づ
き、特性が安定する。

【０００９】スロット２で放射された後方への電磁界は
導体反射板６で反射され、位相が１８０°ずれて前方に
向かう。この電磁界は本発明で設けられた開口窓４を通
過してさらに前方に放射される。このときのこの電磁界
の開口窓の位置での位相は、１／４波長の２倍の距離を
伝搬し、更に反射面で１８０度の位相回転をしているの
で、スロットから直接前面に放射される電磁界と同位相
となり、強め合って利得が増加する。

【００１０】通常のスロットアンテナに開口窓を設ける
と、スロットアンテナそのものの性能が劣化することが
懸念される。これが、いままで本発明提案の如きスロッ
トアンテナが実現されなかったひとつの理由である。本
発明では、図１のようにスロットの左右の開口窓４の中
央付近を導体、例えば細い導体の帯５で電気的に接続す
ることにより、開口窓を設けることによるスロットアン
テナの特性劣化はほとんどないことを実験的に確かめ
た。さらにそのうえ、このような導体の帯を設けてもそ
れが細いものであれば、反射板からの電磁界を遮ること
はなく、利得への影響はほとんどない。実験の結果、ス
ロットを設けた導体板が全く同じ大きさの場合、従来の
スロットアンテナと本発明の導体反射板、開口窓を設け
たスロットアンテナでは、本発明の方が利得がはるかに
大きかった。さらに開口窓の中央付近を導体、例えば、
細い導体の帯で抵抗体による電気的にでなく、容量的に
接続した場合でも、開口窓を開けることによるスロット
アンテナの劣化はほとんどない。また、このように開口
窓の中央付近を導体、例えば細い導体の帯で電気的，容
量的に接続しない場合でもスロットと開口窓の間の距離
をある程度大きくすれば劣化量は少なく、利得の大きさ
からすれば本発明の方が反射板を用いない従来のものよ
り大きい場合があることがわかった。このように本発明
によると、スロットアンテナそのものの性能をほとんど
劣化させず、しかも少ない劣化量で構成できる。そのた
め、後方に放射していた電磁界を導体反射板で前方に反
射させることにより、そのエネルギをそのまま利得の向
上につなげることが可能で、従来のスロットアンテナよ
りの高利得のスロットアンテナを実現することができ
る。

【００１１】本発明の第２の実施例として、給電をマイ
クロストリップ線路で給電した例を図２に示す。この場
合、８は両面プリント基板を用いている。スロット２と
開口窓４はエッチングにより作成することができるが、
その機能は本発明の第１の実施例と全く同じである。マ
イクロストリップライン９は、両面プリント基板８の導
体面と反対側に設け（図面では点線で表示）、スルーホ
ール１０で導体面と電気的に接続している。マイクロス
トリップラインの特性インピーダンスは他の装置、例え
ば無線回路等との整合を考えて通常５０オームが便利で
ある。マイクロストリップラインの端部１１からは、コ
ネクタを接続して同軸ケーブルで給電しても良いし、直
接同軸ケーブルをはんだ付けしてもよい。第２の実施例
の反射板６とスペーサ７の機能は第１の実施例と全く同
じである。第２の実施例では、プリント基板を製作する
のと全く同じように本発明を実現することができる。ま
た、そのためはんだ付けを必要とする第１の実施例に比
べてスロット上の給電点のずれが少なく、同等の性能の
ものを大量に生産することに優れている。

【００１２】本発明の第３の実施例として４個のスロッ
トアンテナでアレイを形成した例を図３に示す。アレイ
アンテナにすると、同じパワーで給電しても指向性が狭
くなる分だけ利得を向上させることができる。８は第２
の実施例と同じ両面プリント基板である。２，４も第１
の実施で説明したようにそれぞれスロットアンテナと開
口窓である。６，７も第１の実施例で説明したように導
体反射板とスペーサである。ここでは、点線１２で示さ
れた部分にマイクロストリップラインが設けられてい
る。このとき、図面上ではマイクロストリップラインの
位置のみを示し、幅は省略した。このマイクロストリッ
プラインのスロット２の給電点付近の構造は図２に示し
た第２の実施例と全く同じである。ただし、第３の実施
例では、給電端１３からのエネルギを４つのアンテナに
分配するために、３つのパワーデバイダを用いている。
このポワーデバイダは、従来よりよく知られたものであ
って、一つの伝送線路のエネルギを２つの伝送線路に分
配するものであり、損失も極く僅かである。ポワーデバ
イダの構成法の一つは、特性インピーダンスが５０オー
ムのマイクロストリップラインを１／４波長変成器を用
いてインピーダンス変換をしながら、特性インピーダン
スが５０オームの二つのマイクロストリップラインに分
割するものである。また、別のパワーデバイダの構成法
として、ストリップラインの特性インピーダンスを変化
させてパワーを分配しても良い。例えば特性インピーダ
ンスが５０オームのマイクロストリップラインは、特性
インピーダンスが１００オームの２つのマイクロストリ
ップラインに分割することが可能である。このときに
は、スロット２の給電点での入力インピーダンスは５０
オームではなく、給電するマイクロストリップラインを
変えるには、スロット２の中央から給電点までのオフセ
ット量を変えればよい。

【００１３】このように、本発明は、１個のアンテナの
場合だけではなく、アレイアンテナにも適応可能であ
る。その結果、アレイアンテナに適用することによって
更なる利得の向上が可能である。第３の実施例では、マ
イクロストリップ線路とパワーデバイダで構成したが、
同軸線路とパワーデバイダで構成してもよい。また、ア
レイの数も４に限らず、通常のアレイアンテナと同様に
いくつでもよい。その場合にも，１方向性の高利得アン
テナとしての性能は損なわれない。また、第３の実施例
では、開口窓はスロットの左右に１個ずつ設けたが、、
導体反射板からの反射波が透過できる構造ならばこのよ
うな構成でなくても効果はある。別の構造の一例を図４
に示す。図４では、スロットアンテナと開口窓以外は省
略した。

【００１４】第１から第３の実施例では、導体反射板は
平面の導体板を用いたが、平面だけではなく円筒面の一
部、放物面などの曲面でも効果は大きく、また二枚の板
で構成されたコーナーリフレクタ型の反射板を用いても
その効果は従来のものと比べて高い。

【００１５】図５は、反射板として円筒面の一部に相当
する曲面導体反射板６ａを凸側が背面側に張り出すよう
に配置した実施例を示す斜視図である。この場合には、
曲面導体反射板６ａと導体板１との間隔を使用波長の１
／４程度に維持したときに、曲面導体反射板６ａと導体
板１との各側端部の間隔を使用波長の１／４以下の狭い
間隔に設定することができるため、側端方向への電磁波
の漏洩を防止して、アンテナ効率を向上し得る効果があ
る。このような曲面導体反射板６ａの形状は、図２を参
照して説明した実施例等についても採用可能であり、図
３，図４を参照して説明したアレイ構造の場合には、各
アンテナ素子毎に、図５に示す構成の曲面導体反射板６
ａが配置されたことになるように、複数の曲面導体反射
板６ａを一体構造で作成して用いればよい。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明では、
従来からあるスロットアンテナに導体反射板とこの導体
反射板からの反射電磁波を透過させるための空隙（開口
窓）を設けることによって、低コストで高利得なアンテ
ナを供給することができる。従って、例えば、近時広く
用いられる機運にある無線ＬＡＮのアンテナとして用い
ることにより、マルチパスフェージングを防止して安定
した無線ＬＡＮ通信系を確保することができるので、本
発明の実用効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明の第二の実施例を示す斜視図である。

【図３】本発明によりアレーアンテナを形成した実施例
を示す斜視図である。

【図４】本発明によりアレーアンテナを形成した他の実
施例を示す正面図である。

【図５】本発明の実施例の変形例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 導体板 ２ スロット ３ 同軸ケーブル ４ 開口窓 ５ 帯状導体 ６ 導体反射板 6a 曲面導体反射板 ７ スペーサ ８ 両面印刷板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導体板に給電部を有するスロットが形成
   されたスロットアンテナにおいて、 前記導体板には、前記スロットの両側に該スロットにつ
   いて対称の位置関係で配置された二つの開口窓を有し、
   該二つの開口窓のおのおのには中央位置の両縁を相互に
   電気的に連結する帯状導体が配置されており、 該導体板と所要間隔を保つように導体反射板が配置さ
   れ、 前記導体板の前記スロットの前面側に単方向指向性のア
   ンテナ利得が得られるように構成されたことを特徴とす
   るスロットアンテナ。
2. 【請求項２】 前記二つの開口窓は、同形で形成されて
   いることを特徴とする請求項１に記載のスロットアンテ
   ナ。
3. 【請求項３】 前記導体板と前記導体反射板とは、使用
   波長の１／４に近似する間隔を保つスペーサを介して配
   置されていることを特徴とする請求項１に記載のスロッ
   トアンテナ。
4. 【請求項４】 前記スペーサは金属スペーサであること
   を特徴とする請求項３に記載のスロットアンテナ。
5. 【請求項５】 前記導体板は両面プリント板で形成さ
   れ、前記給電部は該両面プリント板上の導体パターンで
   形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れかに記載のスロットアンテナ。
6. 【請求項６】 前記導体板には、前記スロットの複数個
   がアレー状に配置されてアレーアンテナが形成されたこ
   とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスロ
   ットアンテナ。
7. 【請求項７】 前記アレーアンテナの構成において、前
   記開口窓の二つが前記スロットを介在することなしに隣
   接配置されることになったときには、当該隣接配置され
   ることになった前記二つの開口窓を共通の一つの開口窓
   として形成したことを特徴とする請求項６に記載のスロ
   ットアンテナ。
8. 【請求項８】 前記導体反射板は、各アンテナ素子につ
   いては、円筒面の一部に相当する形状を有し凸側が背面
   側に張り出すように配置された曲面導体反射板であり、
   前記所要間隔は該曲面導体反射板の中央部分と前記導体
   板との間隔であることを特徴とする請求項１乃至７の何
   れかに記載のスロットアンテナ。