JP2003115715A

JP2003115715A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2003115715A
Application number: JP2001311968A
Authority: JP
Inventors: Hiroko Ogawa; 裕子小川; Mitsuru Masuda; 満増田; Yoichi Iso; 洋一磯
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-10-09
Filing date: 2001-10-09
Publication date: 2003-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】水平放射ビームの幅を広範囲に可変設定で
き、水平照射ビームの最大放射方向も変位することがで
き、さらに垂直指向性も任意に設定できること。【解決手段】地導体板２と地導体板２上に設けられた
誘電体層３と誘電体層３上に設けられた放射素子４とを
有したアンテナユニットと、地導体板２の下面の両側部
に設けた側板９ａ，９ｂと、地導体板２から所定距離に
設けたリフレクタ１０ａ，１０ｂとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロストリ
ップアンテナを放射素子としたアンテナ装置に関し、特
に水平放射ビームの幅や水平最大放射方向を広範囲に可
変設定することができるとともに、垂直アンテナ指向性
を可変設定することができる移動体通信用の基地局アン
テナとして好適なアンテナ装置に関するものである。な
お、ここでビームおよびアンテナにおける水平方向と
は、放射素子を載置する地導体板の幅方向を指す。ま
た、ビームおよびアンテナにおける垂直方向とは、放射
素子を載置する地導体板の長手方向を指す。以下本明細
書中において同様である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、マイクロストリップアンテナ
を放射素子として用いるアンテナ装置は、地導体板上に
誘電体層を介し、この地導体板と平行にマイクロストリ
ップアンテナを形成した構造となっている。この種のア
ンテナ装置によれば、地導体板の幅を広くすることによ
って、マイクロストリップアンテナ（放射素子）からの
照射ビームの幅を狭くすること、すなわち照射ビームの
ビーム幅を絞り込むことができる。なお、放射ビームの
幅は、その最大放射方向から３ｄＢ低下する方向までの
角度として定義される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように地導体板の幅を変えることによって可変しうる
放射ビームの幅は、概略６０°〜７５°である。しか
も、ビーム幅を狭めるべく地導体板の幅を広げると、こ
れに伴ってアンテナ装置全体の形状が大型化することが
否めない。逆に、放射ビームの幅を広げるべく地導体板
の幅を狭めると、放射特性の前後比（フロントバック特
性）が劣化するという問題点があった。

【０００４】さらに、この種のアンテナ装置では、マイ
クロストリップアンテナが有する特徴、すなわち、構成
が簡単でコンパクトであり、安価で製作が容易、しかも
軽量で半導体回路との同時集積化が容易であるなどの利
点を活かすことができないという問題点があった。

【０００５】また、アンテナ装置を移動通信用の基地局
アンテナとして用いる場合、垂直指向性も任意に設定で
きることが好ましい。

【０００６】この発明は上記に鑑みてなされたもので、
水平放射ビームの幅を広範囲に可変設定でき、水平照射
ビームの最大放射方向も変位することができ、さらに垂
直指向性も任意に設定することができ、移動体通信の基
地局用のアンテナとして好適な簡易な構成のアンテナ装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかるアンテナ装置は、地導体板と該地
導体板上に設けられた第１の誘電体層と該第１の誘電体
層上であって前記地導体板に対して平行に設けられたマ
イクロストリップアンテナエレメントである第１の放射
素子とを有したアンテナユニットと、前記地導体板の両
側部近傍から下方に延びる側板と、前記地導体板の板面
から所定距離下方に設けられたリフレクタと、を備えた
ことを特徴とする。

【０００８】この請求項１の発明によれば、アンテナ装
置は、地導体板の両側部近傍から下方に延びる側板と、
前記地導体板下に該地導体板から所定距離を離隔して設
けられたリフレクタとを備え、リフレクタの幅の設定お
よびリフレクタと地導体板との距離の設定によってアン
テナ装置のビーム幅を制御するようにしている。

【０００９】また、請求項２にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記側板は、前記地導体板に対し
て垂直であり、前記リフレクタは、前記地導体板に対し
て平行であることを特徴とする。

【００１０】この請求項２の発明によれば、地導体板の
両側部近傍から下方に垂直に延びる側板と、前記地導体
板下に該地導体板から所定距離を離隔して設けられた、
前記地導体板に対して平行なリフレクタとを備え、リフ
レクタの幅の設定およびリフレクタと地導体板との距離
の設定によってアンテナ装置のビーム幅を制御するよう
にしている。

【００１１】また、請求項３にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記リフレクタは、前記地導体板
の板面に対して所定角度で設置されることを特徴とす
る。

【００１２】この請求項３の発明によれば、アンテナ装
置は、リフレクタの幅、リフレクタと地導体板との距離
およびリフレクタの角度の設定によってアンテナ装置の
ビーム幅を制御するようにしている。

【００１３】また、請求項４にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記側板または前記リフレクタの
長手方向に沿って設けられた平板であるサブリフレクタ
を備えたことを特徴とする。

【００１４】この請求項４の発明によれば、アンテナ装
置の側板またはリフレクタにサブリフレクタを設けるこ
とで、アンテナ装置のビーム幅を制御するようにしてい
る。

【００１５】また、請求項５にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記サブリフレクタは、前記地導
体板の板面に対して所定角度で設置されることを特徴と
する。

【００１６】この請求項５の発明によれば、アンテナ装
置の側板またはリフレクタにサブリフレクタを設け、サ
ブリフレクタの角度を設定することで、アンテナ装置の
ビーム幅を制御するようにしている。

【００１７】また、請求項６にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記アンテナユニットは、前記第
１の放射素子の上部に前記地導体板に平行に設けられ前
記地導体板として機能する導体板と該導体板上に設けら
れた第２の誘電体層と該第２の誘電体層上であって前記
導体板に対して平行に設けられ、前記第１の放射素子に
対応して配置されたマイクロストリップアンテナエレメ
ントである第２の放射素子とを有する付加アンテナユニ
ットをさらに備え、前記付加アンテナユニットは、前記
アンテナユニットの間に第３の誘電体層を介して設けら
れることを特徴とする。

【００１８】この請求項６の発明によれば、アンテナユ
ニット上に付加アンテナユニットを設け、リフレクタの
幅の設定およびリフレクタと地導体板との距離の設定に
よってアンテナユニットのビーム幅と付加アンテナユニ
ットのビーム幅とを制御するようにしている。

【００１９】また、請求項７にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記第１の放射素子と前記第２の
放射素子とが放射する電波の周波数は異なることを特徴
とする。

【００２０】この請求項７の発明によれば、アンテナユ
ニットと付加アンテナユニットとで異なる周波数の電波
を放射するアンテナ装置において、リフレクタの幅の設
定およびリフレクタと地導体板との距離の設定によって
アンテナ装置のビーム幅を制御するようにしている。

【００２１】また、請求項８にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記第１の放射素子上および／ま
たは前記第２の放射素子上にそれぞれ異なる複数の給電
点を設け、各給電点に対応した偏波面をもつ電磁界が形
成されることを特徴とする。

【００２２】この請求項８の発明によれば、放射素子上
に異なる２つの給電点を設けて２つの偏波面をもつ電磁
界を形成し、さらにリフレクタの幅の設定およびリフレ
クタと地導体板との距離の設定によってビーム幅を制御
するようにしている。

【００２３】また、請求項９にかかるアンテナ装置は、
上記の発明において、前記アンテナユニットは、複数の
前記第１の放射素子を、前記地導体板上に１次元状ある
いは２次元状に配置したことを特徴とする。

【００２４】この請求項９の発明によれば、アンテナユ
ニットを１次元状または２次元状に配置したアレイアン
テナにおいて、リフレクタの幅の設定およびリフレクタ
と地導体板との距離の設定によってアンテナ装置のビー
ム幅を制御するようにしている。

【００２５】また、請求項１０にかかるアンテナ装置
は、上記の発明において、前記付加アンテナユニット
は、少なくとも一部の前記複数の第１の放射素子に対応
した複数の第２の放射素子を備えたことを特徴とする。

【００２６】この請求項１０の発明によれば、アンテナ
ユニットおよび付加アンテナユニットを１次元状または
２次元状に配置したアレイアンテナにおいて、リフレク
タの幅の設定およびリフレクタと地導体板との距離の設
定によってアンテナ装置のビーム幅を制御するようにし
ている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明にかかるアンテナ装置の好適な実施の形態について
説明する。

【００２８】（実施の形態１）まず、この発明の実施の
形態１として、１．５ＧＨｚ用のアンテナ装置について
説明する。図１は、この発明の実施の形態１であるアン
テナ装置１の概要構成を示す組立図である。また、図２
は、図１に示したアンテナ装置１の横断面図である。図
１および図２において、このアンテナ装置１は、矩形の
地導体板２を有し、この地導体板２は接地導体として機
能する。地導体板２の上部に誘電体層３が形成される。
さらに、誘電体層３上にマイクロストリップアンテナ
（放射素子）４が形成される。また、放射素子４上に誘
電体層７をさらに設けるとともに、この誘電体層７の上
面に無給電素子８を設けている。放射素子４は、矩形平
板状の銅導体であり、誘電体層３上全面に形成された銅
導体をエッチングすることによって形成され、１．５Ｇ
Ｈｚの電波を放射する。また、誘電体層３，７は、所定
の誘電率を有した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、Ｐ
ＰＥ（ポリフェリニンエーテル）、ＢＴレジン、ＦＲ
４、ＰＰＯなどによって実現される。なお、誘電体層
３，７として空気層を用いても良い。

【００２９】無給電素子８は、放射素子４の面積に比し
て大きな面積を持たせることで、放射素子４から照射さ
れる電波を広帯域化する。たとえば、放射素子４が１．
５ＧＨｚ用の素子である場合、この無給電素子８を設け
ることによって、１．５ＧＨｚ近傍において広帯域にな
る。

【００３０】放射素子４には給電点５が設けられ、給電
点５に同軸ケーブルなどによって実現される給電線６の
プラス側が接続されて電力供給を行う。給電線６のマイ
ナス（接地）側は、地導体板２に接続される。地導体板
２の下面の両側部には、側板９ａ，９ｂが取りつけられ
る。さらに、側板９ａ，９ｂに、リフレクタ１０ａ，１
０ｂが取り付けられる。ここで、側板９ａ，９ｂは地導
体板２に対して垂直であり、リフレクタ１０ａ，１０ｂ
は地導体板２に対して水平である。また、地導体板２、
側板９ａ，９ｂ、リフレクタ１０ａ，１０ｂは、電気的
に導通する。この側板９ａ，９ｂの高さやリフレクタ１
０ａ，１０ｂの幅などによって、放射素子４から放射さ
れる電波の水平面のビーム幅を変化させることができ
る。

【００３１】ここで、側板９ａおよびリフレクタ１０
ａ、側板９ｂおよびリフレクタ１０ｂを製造する場合、
側板９ａおよびリフレクタ１０ａ、側板９ｂおよびリフ
レクタ１０ｂをそれぞれ単一の金属板から打抜き、折り
曲げて形成することで、側板９ａ，９ｂおよびリフレク
タ１０ａ，１０ｂを簡易に製造することができる。ま
た、側板９ａおよびリフレクタ１０ａ、側板９ｂおよび
リフレクタ１０ｂをそれぞれ単一の金属板から形成する
ことで、アンテナ装置１の強度を増し、リフレクタ１０
ａ，１０ｂの角度の精度を維持することができる。

【００３２】一方で、リフレクタは、地導体板２に対し
て角度を持たせて設置してもよいし、また、リフレクタ
と側板とを物理的に離して設置してもよい。図３を参照
して、リフレクタの変形例について説明する。図３
（ａ）は、リフレクタが地導体板２に対して角度を有す
る場合における地導体板２、側板９ａ，９ｂおよびリフ
レクタ１０ｃ，１０ｄの断面図である。図３（ａ）にお
いて、地導体板２に対して角度を有するリフレクタ１０
ｃ，１０ｄが側板９ａ，９ｂのそれぞれの端部に設けら
れている。

【００３３】図３（ｂ）および図３（ｃ）は、リフレク
タと側板とが離れている場合における地導体板２、側板
およびリフレクタの断面図である。図３（ｂ）におい
て、リフレクタ１０ｅ，１０ｆは、側板９ｃ，９ｄの下
方に設けられ、リフレクタ１０ｅ，１０ｆと側板９ｃ，
９ｄとは物理的に非接触である。図３（ｃ）において、
リフレクタ１０ｇ，１０ｈは、側板９ｅ，９ｆの側方に
設けられ、リフレクタ１０ｇ，１０ｈと側板９ｅ，９ｆ
とは物理的に非接触である。

【００３４】つぎに、アンテナ装置１のビーム幅につい
て説明する。図４（ａ）および図４（ｂ）は、アンテナ
装置１のビームパターンを示す図である。このアンテナ
装置１において、ビーム幅（半値幅）は、約９０°とな
る。また、側板９ａ，９ｂによってアンテナ後方への回
り込みを防止し、良好なフロントバック特性を得ること
ができる。

【００３５】また、このアンテナ装置１は、１．５ＧＨ
ｚの放射素子４を用いているが、たとえば２．０ＧＨｚ
など、他の周波数の放射素子を用いても良い。２．０Ｇ
Ｈｚの放射素子を用いた場合、アンテナ装置のビームパ
ターンは、１．５ＧＨｚの放射素子を用いた場合と同様
であり、ビーム幅は約９０°となる。また、フロントバ
ック特性についても、１．５ＧＨｚの放射素子を用いた
場合と同様であり、良好なフロントバック特性を得るこ
とができる。

【００３６】ここで、図５〜図８を参照し、地導体板２
の幅、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅、地導体板２とリ
フレクタ１０ａ，１０ｂとの距離（リフレクタ高さ）、
側板９ａと側板９ｂとの距離（側板幅）をそれぞれ変え
た場合における放射素子４のビーム幅の変化について説
明する。図５（ａ）は、アンテナ装置１の地導体板２の
幅をパラメータとして変化させた場合における、放射素
子４の水平方向のビーム幅を示す図である。また、図５
（ｂ）は、地導体板２の幅をパラメータとして変化させ
たアンテナ装置１の断面図を示す。ここで、アンテナ装
置１のリフレクタ１０ａ，１０ｂの幅は４０ｍｍ、リフ
レクタ高さは５０ｍｍとし、側板幅は１００ｍｍとす
る。図５（ａ）において、地導体板２の幅を１２０ｍｍ
とすると、放射素子４のビーム幅は約９７°、地導体板
２の幅を１５０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約
７０°となり、ビーム幅を約７０°から約９７°の範囲
で変化させることができる。

【００３７】図６（ａ）は、アンテナ装置１のリフレク
タ１０ａ，１０ｂの幅をパラメータとして変化させた場
合における、放射素子４の水平方向のビーム幅を示す図
である。また、図６（ｂ）〜（ｄ）は、リフレクタ１０
ａ，１０ｂの幅をパラメータとして変化させたアンテナ
装置１の断面図を示す。ここで、図６（ｂ）は、アンテ
ナ装置１の地導体板２の幅を１２０ｍｍ、リフレクタ高
さを５０ｍｍ、側板幅は１００ｍｍとした場合の断面図
である。また、図６（ｃ）は、アンテナ装置１の地導体
板２の幅を１００ｍｍ、リフレクタ高さを４５ｍｍ、側
板幅を９０ｍｍとした場合の断面図であり、図６（ｄ）
は、アンテナ装置１の地導体板２の幅を１００ｍｍ、リ
フレクタ高さを５０ｍｍ、側板幅を８０ｍｍとした場合
の断面図である。図６（ａ）において、断面図が図６
（ｂ）であるアンテナ装置１では、リフレクタ１０ａ，
１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍとすると放射素子４のビ
ーム幅は約９７°、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそ
れぞれ４５ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約１０
０°となり、ビーム幅を約９７°から約１００°の範囲
で変化させることができる。

【００３８】さらに、図６（ａ）において、断面図が図
６（ｃ）であるアンテナ装置１では、リフレクタ１０
ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍとすると放射素子４
のビーム幅は約９０°、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅
をそれぞれ５０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約
１０５°となり、ビーム幅を約９０°から約１０５°の
範囲で変化させることができる。また、断面図が図６
（ｄ）であるアンテナ装置１では、リフレクタ１０ａ，
１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍとすると放射素子４のビ
ーム幅は約８８°、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそ
れぞれ５０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約１１
０°となり、ビーム幅を約８８°から約１１０°の範囲
で変化させることができる。

【００３９】図７（ａ）は、アンテナ装置１のリフレク
タ高さをパラメータとして変化させた場合における、水
平方向のビーム幅を示す図である。また、図７（ｂ）〜
（ｄ）は、リフレクタ高さをパラメータとして変化させ
たアンテナ装置１の断面図を示す。ここで、図７（ｂ）
は、アンテナ装置１の地導体板２の幅を１２０ｍｍ、リ
フレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍ、側板
幅を１００ｍｍとした場合の断面図である。また、図７
（ｃ）は、アンテナ装置１の地導体板２の幅を１００ｍ
ｍ、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍ
ｍ、側板幅を１００ｍｍとした場合の断面図であり、図
７（ｄ）は、アンテナ装置１の地導体板２の幅を１００
ｍｍ、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ５０ｍ
ｍ、側板幅を８０ｍｍとした場合の断面図である。

【００４０】図７（ａ）において、断面図が図７（ｂ）
であるアンテナ装置１では、リフレクタ高さを４０ｍｍ
とすると放射素子４のビーム幅は約９７°、リフレクタ
高さを４５ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約１０
２°となる。さらに、リフレクタ高さを５０ｍｍとした
場合では放射素子４のビーム幅は約９７°、リフレクタ
高さを５５ｍｍとした場合では放射素子４のビーム幅は
約９６°となり、ビーム幅を約９６°から約１０２°の
範囲で変化させることができる。

【００４１】さらに、図７（ａ）において、断面図が図
７（ｃ）であるアンテナ装置１では、リフレクタ高さを
４０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約８６°、リ
フレクタ高さを５０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅
は約９２°となり、ビーム幅を約８６°から約９２°の
範囲で変化させることができる。また、断面図が図７
（ｄ）であるアンテナ装置１では、リフレクタ高さを４
０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は約８５°、リフ
レクタ高さを５０ｍｍとすると放射素子４のビーム幅は
約１０９°となり、ビーム幅を約８５°から約１０９°
の範囲で変化させることができる。

【００４２】図８（ａ）は、アンテナ装置１の側板幅を
パラメータとして変化させた場合における、水平方向の
ビーム幅を示す図である。また、図８（ｂ），（ｃ）
は、地導体板２の幅をパラメータとして変化させたアン
テナ装置１の断面図を示す。ここで、図８（ｂ）は、ア
ンテナ装置１の地導体板２の幅を１２０ｍｍ、リフレク
タ高さを５０ｍｍ、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそ
れぞれ４０ｍｍとした場合の断面図である。また、図８
（ｃ）は、アンテナ装置１の地導体板２の幅を１００ｍ
ｍ、リフレクタ高さを５０ｍｍ、リフレクタ１０ａ，１
０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍとした場合の断面図であ
る。

【００４３】図８（ａ）において、断面図が図８（ｂ）
であるアンテナ装置１では、側板幅を１００ｍｍとする
と放射素子４のビーム幅は約９７°、側板幅を１２０ｍ
ｍとすると放射素子４のビーム幅は約１０６°となり、
ビーム幅を約９７°から約１０６°の範囲で変化させる
ことができる。さらに、断面図が図８（ｃ）であるアン
テナ装置１では、側板幅を８０ｍｍとした場合に放射素
子４のビーム幅は約８８°、側板幅を１００ｍｍとした
場合に放射素子４のビーム幅は約９２°となり、ビーム
幅を約８８°から約９２°の範囲で変化させることがで
きる。

【００４４】このように、アンテナ装置１の地導体板２
の幅、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅、リフレクタ１０
ａ，１０ｂの高さ、側板幅によって、アンテナ装置１の
ビーム幅を変化させることができるので、これらの値の
組合せを適切に設定することによって任意のビーム幅を
得ることができる。また、これらの値の組合せの設定に
よって、アンテナ装置１に９０°以上の広いビーム幅を
持たせることが可能となる。

【００４５】また、側板９ａ，９ｂやリフレクタ１０
ａ，１０ｂにサブリフレクタを設けてもよい。図９
（ａ）〜（ｄ）は、側板９ａ，９ｂやリフレクタ１０
ａ，１０ｂにサブリフレクタを設けた場合における地導
体板２、側板９ａ，９ｂおよびリフレクタ１０ａ，１０
ｂの断面図である。図９（ａ）においては、リフレクタ
１０ａ，１０ｂの端部に、地導体板２に対して垂直なサ
ブリフレクタ１２ａを設けている。また、図９（ｂ）に
おいては、リフレクタ１０ａ，１０ｂの中央部近傍に、
地導体板２に対して垂直なサブリフレクタ１２ｂを設け
ている。さらに、図９（ｃ）では、リフレクタ１０ａ，
１０ｂの端部に、地導体板２に対して角度を有するサブ
リフレクタ１２ｃを設けている。また、図９（ｄ）で
は、側板９ａ，９ｂにサブリフレクタ１２ｄを設けるよ
うにしている。

【００４６】このように、側板やリフレクタにサブリフ
レクタを設けた場合、サブリフレクタの場所および角度
を設定することによって、アンテナ装置１のビーム幅を
さらに広範囲に調整することができ、所望のビーム幅を
有するアンテナ装置１を設計する場合にその設計の自由
度を向上することができる。

【００４７】上述したように、この実施の形態１に示し
たアンテナ装置１では、地導体板の下面に側板９ａ，９
ｂおよびリフレクタ１０ａ，１０ｂを設け、地導体板２
およびリフレクタ１０ａ，１０ｂの幅、リフレクタ１０
ａ，１０ｂの高さおよび角度、側板幅および側板の角度
を設定することによってアンテナ装置１のビーム幅を任
意に調整することができ、また９０°以上の広いビーム
幅を持たせることが可能となる。

【００４８】なお、上述した実施の形態１では、１．５
ＧＨｚの放射素子および２．０ＧＨｚの放射素子につい
て示したが、この発明はこれに限ることなく、任意の周
波数の放射素子を用いることができる。

【００４９】また、上述した実施の形態１では、無給電
素子８および誘電体層７を用いることを前提としていた
が、これに限らず、無給電素子８および誘電体層７を削
除した構成としてもよい。

【００５０】（実施の形態２）つぎに、この発明の実施
の形態２について説明する。上述した実施の形態１で
は、１．５ＧＨｚまたは２ＧＨｚの１つの周波数帯域の
電波のみを放射するアンテナ装置であったが、この実施
の形態２では、２つの周波数帯域の電波を放射すること
ができるアンテナ装置を実現している。

【００５１】図１０は、この発明の実施の形態２である
アンテナ装置２１の概要構成を示す組立図である。ま
た、図１１は、図１０に示したアンテナ装置２１の横断
面図である。図１０および図１１において、このアンテ
ナ装置２１は、実施の形態１に示した無給電素子８上に
誘電体層２６および地導体板２７を順次設け、さらに地
導体板２７上に誘電体層２８、放射素子２９、誘電体層
３０および無給電素子３１を順次設ける。また、給電線
６のプラス側は、給電点５において放射素子４に接続さ
れ、マイナス側は、地導体板２に接続されて接地され
る。一方、給電線２４のプラス側は、給電点２５におい
て放射素子２９に接続され、マイナス側は、地導体板２
および地導体板２７に接続されて接地される。したがっ
て、給電線６，２４は、それぞれ放射素子４，２９に独
立して給電することができる。

【００５２】すなわち、アンテナ装置２１は、地導体板
２、誘電体層３、放射素子４、誘電体層７および無給電
素子８からなるアンテナユニットと、地導体板２７、誘
電体層２８、放射素子２９、誘電体層３０および無給電
素子３１からなるユニットとが誘電体層２６を介して重
なった構成となっている。その他の構成は実施の形態１
と同じであり、同一構成部分には同一符号を付してい
る。ここで、放射素子４は、１．５ＧＨｚの周波数の電
波を放射し、放射素子２９は、放射素子４に比して放射
する周波数が高い、２ＧＨｚの周波数の電波を放射す
る。無給電素子３１は、無給電素子８と同様に、放射素
子２９を広帯域化する。

【００５３】放射素子４のビーム幅は、実施の形態１に
示した図４と同様であり、ビーム幅（半値幅）は、約９
０°となる。また、側板９ａ，９ｂによってアンテナ後
方への回り込みを防止し、良好なフロントバック特性を
得ることができる。一方、放射素子４の上方に設けられ
た、放射素子２９のビーム幅を図１２に示す。この放射
素子２９のビーム幅（半値幅）は、約６５°となる。ま
た、側板９ａ，９ｂによってアンテナ後方への回り込み
を防止し、良好なフロントバック特性を得ることができ
る。

【００５４】なお、図１０，図１１に示した給電線２４
のマイナス側は、地導体板２に接続されないように絶縁
処理を施しておく。このような絶縁処理を行うのは、そ
れぞれ地導体板２，２７とリフレクタ１０ａ，１０ｂと
の間でのみ導通させておくことによって、ループが形成
されないようにするためである。また、誘電体層３，
７，２６，２８，３０は、空気層によって形成するよう
にしてもよい。

【００５５】図１０および図１１に示したアンテナ装置
２１では、それぞれ放射素子４を含むユニットと放射素
子２９を含むユニットとを上下に重ねることによって２
周波数共用型のアンテナ装置を実現している。すなわ
ち、ここでは１．５ＧＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の２つの周波
数帯域の電波を独立して放射することができる。

【００５６】つぎに、図１３〜図１６を参照し、地導体
板２の幅、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅、地導体板２
とリフレクタ１０ａ，１０ｂとの距離（リフレクタ高
さ）、側板９ａと側板９ｂとの距離（側板幅）をそれぞ
れ変えた場合における放射素子２９のビーム幅の変化に
ついて説明する。なお、放射素子４のビーム幅の変化
は、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を省略
する。

【００５７】図１３（ａ）は、アンテナ装置２１の地導
体板２の幅をパラメータとして変化させた場合におけ
る、放射素子４および放射素子２９の水平方向のビーム
幅を示す図である。また、図１３（ｂ）は、地導体板２
の幅をパラメータとして変化させたアンテナ装置２１の
断面図を示す。ここで、アンテナ装置２１のリフレクタ
１０ａ，１０ｂの幅は４０ｍｍ、リフレクタ高さは５０
ｍｍとし、側板幅は１００ｍｍとする。図１３（ａ）に
おいて、地導体板２の幅を１２０ｍｍとすると、放射素
子２９のビーム幅は約６４°、地導体板２の幅を１５０
ｍｍとすると放射素子２９のビーム幅は約６８°とな
り、ビーム幅を約６４°から約６８°の範囲で変化させ
ることができる。

【００５８】図１４（ａ）は、アンテナ装置２１のリフ
レクタ１０ａ，１０ｂの幅をパラメータとして変化させ
た場合における、放射素子４および放射素子２９の水平
方向のビーム幅を示す図である。また、図１４（ｂ）
は、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をパラメータとして
変化させたアンテナ装置２１の断面図を示す。ここで、
図１４（ｂ）は、アンテナ装置２１の地導体板２の幅を
１２０ｍｍ、リフレクタ高さを５０ｍｍ、側板幅は１０
０ｍｍとした場合の断面図である。図１４（ａ）におい
て、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍ
とすると放射素子２９のビーム幅は約６４°、リフレク
タ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４５ｍｍとすると放射
素子２９のビーム幅は約６６°となり、ビーム幅を約６
４°から約６６°の範囲で変化させることができる。

【００５９】図１５（ａ）は、アンテナ装置２１のリフ
レクタ高さをパラメータとして変化させた場合におけ
る、放射素子４および放射素子２９の水平方向のビーム
幅を示す図である。また、図１５（ｂ），（ｃ）は、リ
フレクタ高さをパラメータとして変化させたアンテナ装
置２１の断面図を示す。ここで、図１５（ｂ）は、アン
テナ装置２１の地導体板２の幅を１２０ｍｍ、リフレク
タ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍ、側板幅を１
００ｍｍとした場合の断面図である。また、図１５
（ｃ）は、アンテナ装置２１の地導体板２の幅を１００
ｍｍ、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍ
ｍ、側板幅を１００ｍｍとした場合の断面図である。

【００６０】図１５（ａ）において、断面図が図１５
（ｂ）であるアンテナ装置２１では、リフレクタ高さを
４０ｍｍとすると放射素子２９のビーム幅は約６３°、
リフレクタ高さを５０ｍｍとすると放射素子２９のビー
ム幅は約６２°となる。さらに、リフレクタ高さを５０
ｍｍとした場合ではビーム幅は約６５°、リフレクタ高
さを５５ｍｍとした場合ではビーム幅は約６６°とな
り、ビーム幅を約６２°から約６６°の範囲で変化させ
ることができる。

【００６１】図１６（ａ）は、アンテナ装置２１の側板
幅をパラメータとして変化させた場合における、放射素
子４および放射素子２９の水平方向のビーム幅を示す図
である。また、図１６（ｂ）は、地導体板２の幅をパラ
メータとして変化させたアンテナ装置２１の断面図を示
す。ここで、図１６（ｂ）は、アンテナ装置２１の地導
体板２の幅を１２０ｍｍ、リフレクタ高さを５０ｍｍ、
リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅をそれぞれ４０ｍｍとし
た場合の断面図である。図１６（ａ）において、側板幅
を１００ｍｍとすると放射素子２９のビーム幅は約６５
°、側板幅を１２０ｍｍとすると放射素子２９のビーム
幅は約６０°となり、ビーム幅を約６０°から約６５°
の範囲で変化させることができる。

【００６２】このように、アンテナ装置２１の地導体板
２の幅、リフレクタ１０ａ，１０ｂの幅、リフレクタ１
０ａ，１０ｂの高さ、側板幅によって、放射素子４およ
び放射素子２９のビーム幅を変化させることができるの
で、これらの値の組合せを適切に設定することによって
任意のビーム幅を得ることができる。

【００６３】ここで、側板９ａ，９ｂ、リフレクタ１０
ａ，１０ｂは、各放射素子４，２９に共用されるが、放
射素子４，２９の指向性は、それぞれ独立して制御する
ことができる。すなわち、地導体板２およびリフレクタ
１０ａ，１０ｂの幅、リフレクタ１０ａ，１０ｂの高さ
および角度、側板幅および側板の角度を適切に設定する
ことによって、放射素子４，２９のそれぞれから放射さ
れる電波のビーム幅を、それぞれ独立に設定することが
できる。

【００６４】この実施の形態２では、放射素子４から放
射される電波と放射素子２９から放射される電波の水平
方向のアンテナ指向性をそれぞれ独立して設定でき、し
かも、放射素子４に対応したユニットと放射素子２９に
対応したユニットとを重畳配置しているので、小型軽量
化を促進することができる。

【００６５】また、上述した実施の形態２では、無給電
素子８，３１を用いることを前提としていたが、これに
限らず、無給電素子８，３１およびこれに対応する誘電
体層７，３０を削除した構成としても良い。

【００６６】なお、この実施の形態２では、２つのアン
テナユニットを積層したアレイアンテナを例として示し
たが、さらにアンテナユニットを追加することにより、
３周波以上の周波数に対応させることができる。

【００６７】（実施の形態３）つぎに、この発明の実施
の形態３について説明する。図１７は、この発明の実施
の形態３であるアンテナ装置４１の概要構成を示す組立
図である。また、図１８は、図１７に示したアンテナ装
置４１の横断面図である。図１７および図１８におい
て、アンテナ装置４１は、給電線６に加えて、放射素子
４に電源供給をおこなう給電線４２を設けている。給電
線４２は、プラス側を給電点４３において放射素子４に
接続され、マイナス側を地導体板２に接続されている。
その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部
分には同一符号を付している。

【００６８】このアンテナ装置４１は、放射素子４に異
なる２つの給電点５，４３から電源を供給することによ
って、２つの偏波面をもつ電磁界を形成する。すなわ
ち、アンテナ装置４１は、偏波ダイバシティアンテナと
して機能する。偏波ダイバシティアンテナは、複数の偏
波面を備え、各偏波面に合致した電磁波をそれぞれ検知
する。理想的には、直交する偏波面を形成した場合、偏
波ダイバシティアンテナは、各偏波面を独立に検知す
る。しかし、現実の偏波ダイバシティアンテナでは、偏
波の一部が回り込み、偏波間結合が発生する。偏波ダイ
バシティアンテナを構成する場合、この偏波間結合を、
可能な限り低く抑えることが重要である。

【００６９】この実施の形態３に示したアンテナ装置４
１では、地導体板２およびリフレクタ１０ａ，１０ｂの
幅、リフレクタ１０ａ，１０ｂの高さおよび角度、側板
幅および側板の角度を設定することによってアンテナ装
置１のビーム幅を任意に調整することができ、同時に、
偏波間結合を−２５ｄＢ〜−３０ｄＢに抑えることが可
能となる。

【００７０】（実施の形態４）つぎに、この発明の実施
の形態４について説明する。この実施の形態４では、実
施の形態２に示した２つの周波数を放射することができ
るアンテナ装置に、実施の形態３に示した偏波ダイバシ
ティアンテナを適用している。図１９は、この発明の実
施の形態４であるアンテナ装置５１の概要構成を示す組
立図である。また、図２０は、図１９に示したアンテナ
装置５１の横断面図である。図１９および図２０におい
て、アンテナ装置５１は、放射素子４に電源供給をおこ
なう給電線６に加えて、給電線４２を設けている。ま
た、放射素子２９に電源供給をおこなう給電線２４に加
えて、給電線５３を設けている。給電線４２は、給電線
６と同様に、プラス側を給電点４３において放射素子４
に接続され、マイナス側を地導体板２に接続されてい
る。また、給電線５３は、給電線２４と同様に、プラス
側を給電点５４において放射素子２９に接続され、マイ
ナス側を地導体板２７に接続されている。その他の構成
は実施の形態２と同じであり、同一構成部分には同一符
号を付している。

【００７１】このアンテナ装置５１において、放射素子
４に２つの異なる給電点５，４３から電源を供給するこ
とによって、放射素子４は２つの偏波面をもつ電磁界を
形成する。また、放射素子２９に異なる２つの給電点２
５，５４から電源を供給することによって、放射素子２
９は２つの偏波面をもつ電磁界を形成する。すなわち、
アンテナ装置５１は、２つの周波数を放射することがで
きる偏波ダイバシティアンテナとなる。また、放射素子
４および放射素子２９において、実施の形態３と同様
に、偏波結合度を−２５ｄＢ〜−３０ｄＢに抑えること
が可能となる。その他の作用効果は、実施の形態１と同
じである。

【００７２】（実施の形態５）つぎにこの発明の実施の
形態５について説明する。図２１は、この発明の実施の
形態５であるアンテナ装置６１の概要構成を示す組立図
である。図２１において、アンテナ装置６１は、長手方
向に延びる矩形の地導体板６２を有し、この地導体板５
２は接地導体として機能する。また、地導体板６２の上
部に誘電体層６３を形成する。さらに、誘電体層６３上
に長手方向に沿って１次元配列されたアレイ状のマイク
ロストリップアンテナ（放射素子）６４が形成される。
各放射素子６４は、誘電体層６３上全面に形成された銅
導体をエッチングすることによって形成され、１．５Ｇ
Ｈｚの電波を放射する。なお、誘電体層６３は、地導体
板６２の上面を全て覆うように形成しても良いし、各放
射素子６４の下に個別に形成するようにしてもよい。

【００７３】放射素子６４には給電点６５が設けられ、
給電点６５に同軸ケーブルなどによって実現される給電
線６６のプラス側が接続されて電力供給を行う。給電線
６６のマイナス（接地）側は、地導体板６２に接続され
る。地導体板６２の下面の両側部には、長手方向に沿っ
て側板６９ａ，６９ｂが取りつけられる。さらに、側板
６９ａ，６９ｂに、リフレクタ７０ａ，７０ｂが取り付
けられる。

【００７４】このアンテナ装置６１は、放射素子６４を
アレイ状に配置しているので、各放射素子６４に対する
位相制御や、電力制御を行うことによって垂直方向のア
ンテナ指向性を制御することができる。その他の作用効
果は実施の形態１と同じである。

【００７５】また、放射素子は、２次元状に配列しても
よい。図２２は、放射素子６４を２次元状に配列したア
ンテナ装置を示す図である。放射素子６４を２次元状に
配列した場合においても、各放射素子６４に対する位相
制御や、電力制御を行うことによって垂直方向のアンテ
ナ指向性を制御することができる。

【００７６】なお、この実施の形態５では、アンテナ装
置６１に無給電素子を設けていないが、実施の形態１に
示したように無給電素子を設けたアンテナユニットを配
列してアレイアンテナを形成しても良いし、実施の形態
２に示したように放射素子を積層し、２種類の周波数を
放射するアンテナユニットを配列してアレイアンテナを
形成しても良い。また、各放射素子にさらに給電点を設
けて偏波ダイバシティアンテナとして良い。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、アンテナ装置は、地導体板の両側部近傍から下
方に延びる側板と、前記地導体板下に該地導体板から所
定距離を離隔して設けられたリフレクタとを備え、リフ
レクタの幅の設定およびリフレクタと地導体板との距離
の設定によってアンテナ装置のビーム幅を制御するよう
にしているので、ビーム幅を広範囲に可変設定可能で、
広いビーム幅を有するアンテナ装置を得ることができる
という効果を奏する。

【００７８】また、請求項２の発明によれば、地導体板
の両側部近傍から下方に垂直に延びる側板と、前記地導
体板下に該地導体板から所定距離を離隔して設けられ
た、前記地導体板に対して平行なリフレクタとを備え、
リフレクタの幅の設定およびリフレクタと地導体板との
距離の設定によってアンテナ装置のビーム幅を制御する
ようにしているので、ビーム幅を広範囲に可変設定可能
で、広いビーム幅を有するアンテナ装置を簡易な構成で
得ることができるという効果を奏する。

【００７９】また、請求項３の発明によれば、アンテナ
装置は、リフレクタの幅、リフレクタと地導体板との距
離およびリフレクタの角度の設定によってアンテナ装置
のビーム幅を制御するようにしているので、アンテナ装
置のビーム幅をさらに柔軟に設定することが可能となる
という効果を奏する。

【００８０】また、請求項４の発明によれば、アンテナ
装置の側板またはリフレクタにサブリフレクタを設ける
ことで、アンテナ装置のビーム幅を制御するようにして
いるので、アンテナ装置のビーム幅をさらに柔軟に設定
することが可能となり、アンテナ装置の設計の自由度を
向上できるという効果を奏する。

【００８１】また、請求項５の発明によれば、アンテナ
装置の側板またはリフレクタにサブリフレクタを設け、
サブリフレクタの角度を設定することで、アンテナ装置
のビーム幅を制御するようにしているので、アンテナ装
置のビーム幅をさらに柔軟に設定することが可能とな
り、アンテナ装置の設計の自由度を向上できるという効
果を奏する。

【００８２】また、請求項６の発明によれば、アンテナ
ユニット上に付加アンテナユニットを設け、リフレクタ
の幅の設定およびリフレクタと地導体板との距離の設定
によってアンテナユニットのビーム幅と付加アンテナユ
ニットのビーム幅とを制御するようにしているので、ビ
ーム幅を広範囲に可変設定可能で、広いビーム幅を有す
るスタック型アンテナ装置を得ることができるという効
果を奏する。

【００８３】また、請求項７の発明によれば、アンテナ
ユニットと付加アンテナユニットとで異なる周波数の電
波を放射するアンテナ装置において、リフレクタの幅の
設定およびリフレクタと地導体板との距離の設定によっ
てアンテナ装置のビーム幅を制御するようにしているの
で、ビーム幅を広範囲に可変設定可能で、広いビーム幅
を有する２周波共用アンテナ装置を得ることができると
いう効果を奏する。

【００８４】また、請求項８の発明によれば、放射素子
上に異なる２つの給電点を設けて２つの偏波面をもつ電
磁界を形成し、さらにリフレクタの幅の設定およびリフ
レクタと地導体板との距離の設定によってビーム幅を制
御するようにしているので、ビーム幅を広範囲に可変設
定可能で、広いビーム幅を有する偏波ダイバシティアン
テナを得ることができるという効果を奏する。

【００８５】また、請求項９の発明によれば、アンテナ
ユニットを１次元状または２次元状に配置したアレイア
ンテナにおいて、リフレクタの幅の設定およびリフレク
タと地導体板との距離の設定によってアンテナ装置のビ
ーム幅を制御するようにしているので、ビーム幅を広範
囲に可変設定可能で、広いビーム幅を有するアレイアン
テナを実現し、アンテナ装置の垂直指向性を向上するこ
とができるという効果を奏する。

【００８６】また、請求項１０の発明によれば、アンテ
ナユニットおよび付加アンテナユニットを１次元状また
は２次元状に配置したアレイアンテナにおいて、リフレ
クタの幅の設定およびリフレクタと地導体板との距離の
設定によってアンテナ装置のビーム幅を制御するように
しているので、ビーム幅を広範囲に可変設定可能で、広
いビーム幅を有する２周波共用アレイアンテナを実現
し、アンテナ装置の垂直指向性を向上することができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１であるアンテナ装置の
概要構成を示す組立図である。

【図２】図１に示したアンテナ装置の横断面図である。

【図３】図１に示したアンテナ装置のリフレクタの変形
例を示す図である。

【図４】図１に示したアンテナ装置のビームパターンを
示す図である。

【図５】アンテナ装置１の地導体板の幅を変化させた場
合における、水平方向のビーム幅を示す図である。

【図６】アンテナ装置１のリフレクタの幅を変化させた
場合における、水平方向のビーム幅を示す図である。

【図７】アンテナ装置１のリフレクタ高さを変化させた
場合における、水平方向のビーム幅を示す図である。

【図８】アンテナ装置１の側板幅を変化させた場合にお
ける、水平方向のビーム幅を示す図である。

【図９】アンテナ装置１にサブリフレクタを設けた場合
の地導体板、側板およびリフレクタの断面図である。

【図１０】この発明の実施の形態２であるアンテナ装置
の概要構成を示す組立図である。

【図１１】図１０に示したアンテナ装置の横断面図であ
る。

【図１２】図１０に示した放射素子２９のビームパター
ンを示す図である。

【図１３】アンテナ装置２１の地導体板の幅を変化させ
た場合における、水平方向のビーム幅を示す図である。

【図１４】アンテナ装置２１のリフレクタの幅を変化さ
せた場合における、水平方向のビーム幅を示す図であ
る。

【図１５】アンテナ装置２１のリフレクタ高さを変化さ
せた場合における、水平方向のビーム幅を示す図であ
る。

【図１６】アンテナ装置２１の側板幅を変化させた場合
における、水平方向のビーム幅を示す図である。

【図１７】この発明の実施の形態３であるアンテナ装置
の概要構成を示す組立図である。

【図１８】図１７に示したアンテナ装置の横断面図であ
る。

【図１９】この発明の実施の形態４であるアンテナ装置
の概要構成を示す組立図である。

【図２０】図１９に示したアンテナ装置の横断面図であ
る。

【図２１】この発明の実施の形態５であるアンテナ装置
の概要構成を示す組立図である。

【図２２】放射素子を２次元状に配列したアンテナ装置
を示す図である。

【符号の説明】

１，２１，４１，５１，６１アンテナ装置２，２７，５２，６２地導体板３，７，２６，２８，３０，６３誘電体層４，２９，６４放射素子５，２５，４３，５４，６５給電点６，２４，４２，５３，６６給電線８，３１無給電素子９ａ〜９ｆ，６９ａ，６９ｂ側板１０ａ〜１０ｈ，７０ａ，７０ｂリフレクタ１２ａ〜１２ｄサブリフレクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者磯洋一東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内Ｆターム(参考） 5J045 AA21 DA09 EA07 FA02 FA08 GA02 MA04 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地導体板と該地導体板上に設けられた第
１の誘電体層と該第１の誘電体層上であって前記地導体
板に対して平行に設けられたマイクロストリップアンテ
ナエレメントである第１の放射素子とを有したアンテナ
ユニットと、前記地導体板の両側部近傍から下方に延びる側板と、前記地導体板の板面から所定距離下方に設けられたリフ
レクタと、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】前記側板は、前記地導体板に対して垂直
であり、前記リフレクタは、前記地導体板に対して平行
であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装
置。
【請求項３】前記リフレクタは、前記地導体板の板面
に対して所定角度で設置されることを特徴とする請求項
１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】前記側板または前記リフレクタの長手方
向に沿って設けられた平板であるサブリフレクタを備え
たことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載
のアンテナ装置。
【請求項５】前記サブリフレクタは、前記地導体板の
板面に対して所定角度で設置されることを特徴とする請
求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】前記アンテナユニットは、前記第１の放射素子の上部に前記地導体板に平行に設け
られ前記地導体板として機能する導体板と該導体板上に
設けられた第２の誘電体層と該第２の誘電体層上であっ
て前記導体板に対して平行に設けられ、前記第１の放射
素子に対応して配置されたマイクロストリップアンテナ
エレメントである第２の放射素子とを有する付加アンテ
ナユニットをさらに備え、前記付加アンテナユニットは、前記アンテナユニットの
間に第３の誘電体層を介して設けられることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか一つに記載のアンテナ装置。
【請求項７】前記第１の放射素子と前記第２の放射素
子とが放射する電波の周波数は異なることを特徴とする
請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】前記第１の放射素子上および／または前
記第２の放射素子上にそれぞれ異なる複数の給電点を設
け、各給電点に対応した偏波面をもつ電磁界が形成され
ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載
のアンテナ装置。
【請求項９】前記アンテナユニットは、複数の前記第
１の放射素子を、前記地導体板上に１次元状あるいは２
次元状に配置したことを特徴とする請求項１〜８のいず
れか一つに記載のアンテナ装置。
【請求項１０】前記付加アンテナユニットは、少なく
とも一部の前記複数の第１の放射素子に対応した複数の
第２の放射素子を備えたことを特徴とする請求項９に記
載のアンテナ装置。