JP2004048109A - 無給電素子付きスロットボータイアンテナ、および無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】未公知の先願（特願２０００−２６６２７３）に係る、無給電素子を設けスロット型ボータイアンテナの長所（薄形，高利得，広帯域）を損なうことなく、そのアンテナ特性をいっそう向上させる。
【解決手段】両面プリント基板１０の片方の面の銅箔１０ａに、４個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子５Ａ，同５Ｂ，同５Ｃおよび同５Ｄを対称位置に配列し、多岐ストリップライン１１によって上記４個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子に給電する。給電用の同軸ケーブル（図示省略）は、アレーアンテナ給電部ｈに接続される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数百メガヘルツないし数万メガヘルツ近傍で使用するに好適な、高性能、かつ薄形のアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の薄形アンテナの例として、図１１に示したパッチアンテナが公知である。本図の（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。
符号２１と符号２２とで示した２層基板によって構成されていて、該２層基板の片方の面にグランド板２６が、他方の面に円形アンテナ素子２３が、それぞれ導通パターンによって形成されるとともに、２層基板を貫くショートピン２５によって相互に接続，導通されている。
そして、前記円板状アンテナ素子２３の給電点にコンタクトピン２７が半田付２８されていて、ストリップライン２４に接続されている。
この従来例では、本図１１（Ｂ）から理解されるように、基板の厚さ２枚分の薄形に構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示した従来例のパッチアンテナでは、基板２枚分の厚さを有している。また、構造が簡単なことは長所であるが、アンテナ性能をこれ以上は改良の余地が無い。
こうした点について更に改良し、基板１枚分の厚さで優れたアンテナ特性（例えば高利得，広帯域性）のアンテナを構成するため、本発明者は図１２に示すような、無給電素子を設けたスロット形のボータイアンテナを創作して、別途出願中である（特願２０００−２６６２７３号・以下、未公知の先願と言う）。
プリント基板４の片側の面に銅箔４ａが成膜されており、破線で示して符号５を付したボータイ形の部分が、プリント技術を適用して取り除かれ、スロットアンテナになっている。χ−χ、およびｙ−ｙは対称軸である。
ｙ軸と平行に、プリント基板４の他方の面（図において手前側）に、スロットボータイアンテナ素子５をｙ軸方向に跨いで，無給電素子６が配置されている。図から明らかなように、上記無給電素子６は前記の銅箔４ａに対して絶縁されている。前記のプリント基板４を両面プリント基板（図示省略）として、前記の無給電素子６を導通パターンで形成することもできる。
符号７は給電線、符号８は給電点である。給電線７は、無給電素子付きのスロットボータイアンテナ素子５をｙ軸方向に跨いで、同軸ケーブル９に接続されている。
本発明は上記未公知の先願に係る無給電素子付きのスロットボータイアンテナを改良して、工業的生産に適する、さらに高利得の薄形アンテナを提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために創作した請求項１に係る発明の構成は（図３、および図４を参照）、両面プリント基板の面の上に直交座標χ，ｙを想定し、
２個のほぼ等しい三角形もしくは扇形、またはこれに類似した形状の頂点を座標原点付近に位置せしめ、頂点付近を重ね合わせてχ軸方向に向かい合わせ、
χ軸に関してもｙ軸に関してもほぼ対称な「６本の直線または曲線で囲まれたボータイ形状」が設定されており、
前記両面プリント基板の片方の面に形成されている金属箔が、上記ボータイ形状に除去されてスロットボータイアンテナ素子（５）が形成されるとともに、
上記両面プリント基板の他方の面に、上記ボータイ形状をｙ軸方向に跨ぐ無給電素子（６）が導通パターンで形成され、
かつ、前記両面プリント基板の他方の面に、前記無給電素子とほぼ平行な給電用のストリップライン（１１）が設けられ、
上記給電用ストリップラインの先端が、前記両面プリント基板の片方の面の金属箔に接続導通されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項１の発明によると、給電線が導通パターンによって構成されるので、形状，寸法が高精度であり、従ってアンテナ特性が安定する。
なお、本発明に係るスロットボータイアンテナは総べて無給電素子を備えているので、以下、説明文を簡潔ならしめるため、紛らわしくない場合には「無給電素子付きスロットボータイアンテナ」を、単に「スロットボータイアレーアンテナ」と略称する（無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナも同様に略称する）。
【０００５】
請求項２に係る発明の構成は、上記請求項１の発明の構成要件に加えて（図５参照）、前記のストリップライン（１１）が、両面プリント基板（１０）の端縁に達した所に切欠き（４ｂ）が設けられるとともに、
上記の切欠きに同軸ケーブル（９）が接続されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項２の発明によると、同軸ケーブルの中心線が、両面プリント基板の面とほぼ一致するので、当該スロットボータイアンテナをアンテナケースの中に収納する際に好都合である。
【０００６】
請求項３に係る発明の構成は（図１参照）、座標軸χに平行な座標軸Ｘと、座標軸ｙに平行な座標軸Ｙとを想定して、
前記請求項１のスロットボータイアンテナの複数個がＸ軸に関して対称に配列されて、複数個のスロットボータイアンテナ素子を形成しており、
または、Ｙ軸方向に平行移動された形に配列されて複数個のスロットボータイアンテナ素子が形成されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項３の発明を適用して、請求項１に係るスロットボータイアンテナを素子とするスロットボータイアンテナを構成すると、アンテナ利得が上昇し、その上、工業的大量生産に適していて、高品質の製品を低コストで生産することができる。
【０００７】
請求項４に係る発明の構成は、前記請求項３のスロットボータイアレーアンテナの複数組がＹ軸に関して対称に配列されており、
または、Ｘ軸方向に平行移動された形に配列されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項４の発明を適用すると、前記請求項３の発明の効果を妨げることなく、アンテナ利得を一層向上させることができる。
【０００８】
請求項５に係る発明の構成は、請求項３または請求項４の発明の構成要件に加えて、共通の両面プリント基板に、スロットボータイアンテナ素子がＸ軸方向にＭ列、Ｙ軸方向にＮ段に配列されるとともに、
それぞれのスロットボータイアンテナ素子の給電点が、給電線によって高周波回路に接続されており、
かつ、上記Ｍ×Ｎ個のスロットボータイアンテナ素子について、その給電点の位置のｙ座標値がプラスであるグループと、ｙ座標値がマイナスであるグループとに区分されていて、
上記２つのグループの内、いずれか片方のグループのスロットボータイアンテナ素子の給電点と高周波回路との間に、位相反転回路が介挿されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項５の発明によると、Ｍ列Ｎ段に配列されたスロットボータイアンテナ素子の中に、逆相の状態で給電されそうなスロットボータイアンテナ素子が有っても、その逆相関係を解消することができる。その結果として、多数のスロットボータイアンテナ素子の配列について設計的自由度が大きい。
【０００９】
請求項６に係る発明の構成は、前記請求項３ないし請求項５の内の何れか一つの構成要件に加えて、前記両面プリント基板と平行に、導電材料製の反射板を設けたことを特徴とする。
以上に説明した請求項６の発明を適用すると、請求項３〜５の発明に係るスロットボータイアレーアンテナに指向性を与え、指向された方向のアンテナ利得をいっそう向上させることができる。
【００１０】
請求項７に係る発明の構成は、前記請求項６に係る発明の構成要件に加えて、（図５を参照）、前記複数個のスロットボータイアンテナ素子それぞれが、給電点からの電気的長さの等しいストリップライン（１１）を介して、同軸ケーブルの中心導体が接続されるとともに、
該同軸ケーブルの外部導体が両面プリント基板の銅箔に接続されており、
かつ、該同軸ケーブルは前記の反射板を貫通して後方へ引き出されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項７の発明によると、同軸ケーブルがスロットボータイアレーアンテナの背面から後方へ引き出される形に接続されるので、例えば該スロットボータイアレーアンテナが薄形であることを利用して壁掛額風のアンテナケースに収納した場合、同軸ケーブルを外観に表さないように配線することができる。
【００１１】
請求項８に係る発明の構成は、前記請求項３ないし請求項５の発明の構成要件に加えて、スロットボータイアレーアンテナを構成している複数個のスロットボータイアンテナ素子の、給電点におけるインピーダンス５０Ωであることを特徴とする。
以上に説明した請求項８の説明によると、スロットボータイアレーアンテナを構成しているスロットボータイアンテナ素子のそれぞれについて、共用する１本の同軸ケーブルに対してインピーダンス整合をとることが容易であり、給電線内部における損失を最小限に制御することができる。
【００１２】
請求項９に係る発明の構成は前記請求項５の発明の構成要件に加えて、（図１参照）、前記Ｍ列，Ｎ段の配列におけるＭの数およびＮの数が共に２であり、
１個のスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）を第１のスロットボータイアンテナ素子と名付け、
上記第１のスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）をＹ軸方向に平行移動させた形状の第２のスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）が設けられており、
Ｙ軸に関して、上記第１のスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）と対称に第３のスロットボータイアンテナ素子（５Ｃ）が設けられるとともに、
Ｙ軸に関して前記第２のスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）と対称に、第４のスロットボータイアンテナ素子（５Ｄ）が設けられており、
かつ、第１のスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）の給電点（８）と、第２のスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）の給電点（８）とが、「電気的長さの等しい２本のストリップライン（１１ａｂ，１１ｂｃ）を直列に介して接続されていて、上記２本のストリップライン相互の接続点を中間点（ｂ）と名付け、
同様に、第３のスロットボータイアンテナ素子（５Ｃ）と第４のスロットボータイアンテナ素子（５Ｄ）とを接続する２本のストリップライン（１１ｄｅ，１１ｅｆ）の接続点を中間点（ｅ）と名付け、
さらに、上記２個の中間点（ｂ）と中間点（ｅ）とは、互いに電気的長さの等しいストリップライン（１１ｂｇ）とストリップライン（ｅｇ）とによって中央点（ｇ）に接続されるとともに、
上記中央点（ｇ）は、ストリップライン（１１ｇｈ）によって、アレーアンテナ給電部（ｈ）に接続されており、このアレーアンテナ給電部（ｈ）が同軸ケーブルを介して高周波回路と接続し得るようになっていることを特徴とする。
以上に説明した請求項９の発明によると、１個のスロットボータイアンテナ素子を用いた請求項１の発明に比して約４倍のアンテナ利得を有しており、
しかも、アレーアンテナを形成している４個のスロットボータイアンテナ素子のそれぞれが、共通の１本の同軸ケーブルに対して合理的にインピーダンス整合されていて、優れたアンテナ特性を発揮する。
【００１３】
請求項１０に係る発明の構成は、請求項９の構成要件に加えて（図１参照）、前記中間点（ｂ）と中央点（ｇ）との間にＱマッチング（別称・Ｑ整合、または１／４波長線路）が設けられるとともに、
中間点（ｅ）と中央点（ｇ）との間にＱマッチングが設けられていて、
アレーアンテナ給電部（ｈ）におけるインピーダンスを５０Ωに整合されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項１０の発明によれば、「４個のスロットボータイアンテナ素子」と「共通の１本の同軸ケーブル」との間のインピーダンス整合を、ストリップラインによって容易に、かつ低コストで行なうことができる。
【００１４】
請求項１１に係る発明の構成は、前記請求項１０の発明の構成要件に加えて、（図１を参照）、前記の中央点（ｇ）とアレーアンテナ給電部（ｈ）とがストリップライン（１１ｇｈ）で接続されており、
かつ、前記の中央点（ｇ）に関して、上記ストリップライン（１１ｇｈ）と点対称をなす位置に、「電気的長さがλ／４の奇数倍であるストリップライン１１ｇｉ」が設けられるとともに、
該ストリップライン（１１ｇｈ）の、対称点と反対側の端が、両面プリント基板を貫通して銅箔（１０ａ）に接続導通されていることを特徴とする。
以上に説明した請求項１１の発明によると、給電用ストリップラインの対称性が保たれて、Ｘ軸，Ｙ軸に直交するＺ軸に関しても放射特性が傾かない。
すなわち、ストリップライン１１ｇｈ（図１）のみを考えれば、中央点ｇに関して非対称の形状をなしているが、該ストリップライン１１ｇｈと対称なストリップライン１１ｇｉを設けることによってＺ軸に関して傾かない放射特性が得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図２（Ａ）は本発明の１実施形態の斜視図である。前掲の図１２に示した未公知の先願との差異、すなわち、本発明を適用して改良した事項を抽出して説明すると次のとおりである。
未公知の先願（図１２）のプリント基板４に代えて、本発明（図２）は両面プリント基板１０を用いた。図３（Ａ）はその要部正面図、（Ｂ）はそのｔ−ｔ断面矢視図である。
上記両面プリント基板１０の、符号１０ａを付した面の銅箔には、未公知の先願（図１２）におけると同様のスロットボータイアンテナ素子５が形成されている。説明の便宜上、スロットボータイアンテナ素子５を設けた面を「片方の面」と呼ぶことにする。従って、符号１０ｂを付した面は「他方の面」と呼ぶ。
未公知の先願（図１２）においては、プリント基板４に対して、これと別途に構成した無給電素子６や給電線７が装着されていた。
これに比して、本実施形態（図２）においては、両面プリント基板１０の他方の面１０ｂに、導通パターンによって無給電素子６を形成し、給電線として機能するストリップライン１１を形成した。これにより、形状・寸法精度の高い無給電素子や、給電線として機能するストリップライン１１が低コストで構成される。
特に、給電線７がスロットボータイアンテナ素子５をｙ軸方向に跨いでいる部分を導電パターンで構成すると安定した高性能が得られる。
図３に示した例におけるストリップライン１１は両面プリント基板１０の他方の面１０ｂに形成されているが、これと異なる実施形態として、本図２に符号Ｓを付して示した部分を該両面プリント基板の片方の面１０ａに設けても同様の作用・効果が得られる。このような構成も本発明の請求項１の技術的範囲に含まれる。
【００１６】
図２（Ｂ）は、前記（Ａ）図の部分拡大詳細である。ストリップライン１１が両面プリント基板１０の端縁に達した箇所に切欠１０ｃが設けられ、グランド金具１４が装着されている。
上記の切欠１０ｃに同軸ケーブル９を装着したところの２面図を図４に示した。
上記同軸ケーブル９の中心導体９ａをストリップライン１１に半田付１５するとともに、外部導体９ｂを両面プリント基板１０の片方の面の銅箔に接続する。本例では、グランド金具１４によって電気的に接続し、機械的に固定してある。このように構成すると大量生産に適し、高精度の製品が低コストで製造される。その上、同軸ケーブル９の中心線が、両面プリント基板の他方の面とほぼ一致するので、両面プリント基板１０をアンテナケース（別称、アンテナカバー・図示省略）の中へ収納したとき、該アンテナケースの中心面と同軸ケーブルの中心線とがほぼ一致して好都合である（アンテナケースを作り易く、外観がすっきりしていて意匠的価値が高い）。
【００１７】
図５は、本発明に係るボータイアンテナ形状の応用例を示す模式図である。
本図５（Ａ）に符号５を付して鎖線で描いた形状は、前掲の図２においてスロットボータイアンテナ素子５と同様の形状で、これが基本図形である。
４個の凸形の頂点それぞれを点Ａ，点Ｂ，点Ｃ，点Ｄと名付けると、これらの点の座標はＡ（α，β）、Ｂ（α，−β）、Ｃ（−α，−β）、Ｄ（−α，β）となる。また凹形の頂点をＥ，Ｆと名付けると、Ｅ（０，γ）、Ｆ（０，−γ）となる。
基本形状はこれらの点をＡ・Ｂ・Ｆ・Ｃ・Ｄ・Ｅ・Ａの順に直線で結んだものである。
本図５（Ｂ）のようにＡ‐ＢとＣ‐Ｄとをそれぞれ凸曲線（本例では円弧）で結んでも同様のスロットボータイアンテナ機能が得られる。
また、本図５（Ｃ）のようにＤ‐Ｅ，Ｅ‐Ａ，Ｂ‐Ｆ，Ｆ‐Ｃのそれぞれを凸曲線で結ぶこともできる。
本図５（Ｄ）は、Ａ‐Ｂ，Ｃ‐Ｄを凹曲線で結ぶとともに、Ｄ‐Ｅ，Ｅ‐Ａ，Ｃ‐Ｆ，Ｆ‐Ｂのそれぞれを凸曲線で結んでも同様のスロットボータイアンテナ機能が得られる。
【００１８】
図１は、本発明に係るスロットボータイアレーアンテナの１実施例である。
スロットボータイアンテナ素子５Ｃは、前掲の図５（Ａ）に示した基本形状のスロットボータイアンテナ素子である。
座標軸χに平行なＸ軸と、座標軸ｙに平行なＹ軸とを想定する。
上記スロットボータイアンテナ素子５ＣとＹ軸方向に平行移動させた形状のスロットボータイアンテナ素子５Ｄを設ける。
本発明において平行移動とは、移動前のスロットボータイアンテナ素子と、移動後のスロットボータイアンテナ素子との両方を設ける意である。
平行移動の距離Ｌχは、通信用電波の波長をλとして０．７λ〜１．０λとすることが望ましい。
さらに、Ｙ軸を対称軸として、スロットボータイアンテナ素子５Ｃと対称にスロットボータイアンテナ素子５Ａを設けるとともに、スロットボータイアンテナ素子５Ｄと対称にスロットボータイアンテナ素子５Ｂを設けてアレー構造とする。相互に対称なスロットボータイアンテナ素子のｙ軸間隔Ｌｙは０．７λ〜１．０λとすることが望ましい。
【００１９】
Ｙ軸が両面プリント基板１０の１辺と交わる箇所（本例では符号ｈを付して示した）に、当該アレーアンテナの給電部を設けるよう、以下に述べるごとく４個のスロットボータイアンテナ素子それぞれとの間に給電用のストリップライン１１を多岐状に設ける。後に説明するまでの間、鎖線で描いた部分１１ｇｉは無視して御覧願いたい。
多岐ストリップライン１１の技の先端が、スロットボータイアンテナ素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄのそれぞれに到達する点を、それぞれ点ａ，点ｃ，点ｄ，点ｆと名付ける。
点ａと点ｃとを結ぶストリップラインの、電気的長さを２分する点を中間点ｂと名付ける。
点ａを中間点ｂとを結ぶストリップライン１１ａｂの電気的長さは、点ｃと中間点ｂとを結ぶストリップライン１１ｂｃの電気的長さに等しくなる。
同様にして中間点ｅを設定し、電気的長さの等しいストリップライン１１ｄｅおよびストリップライン１１ｅｆが設けられる。
【００２０】
前記２個の中間点ｂ，中間点ｅを結ぶ線の中央を中央点ｇと名付ける。この中央点ｇはＹ軸上に位置している。
中間点ｂと中央点ｇとを結ぶストリップラインをストリップラインｂｇと名付けるとともに、中間点ｅを中央点ｇとを結ぶストリップラインをストリップラインｅｇと名付ける。
前記中央点ｇと、アレーアンテナ給電部ｈとの間にストリップライン１１ｇｈを設ける。
これにより、アレーアンテナ給電部ｈと各スロットボータイアンテナ素子とが給電用のストリップラインで接続されるのであるが、次に述べるようにしてイランピーダンス整合を図る。
本例においては、アレーアンテナ給電部ｈに５０Ωの同軸ケーブルを接続するように、かつ、枝の部分のストリップライン１１ａｂ，１１ｂｃ，１１ｅｆ，１１ｄｅのインピーダンスが総べて５０Ωとなるように構成した。その理由は、伝送線路内での損失は、インピーダンス５０Ωのときに最小となることが知られているからである。
【００２１】
本発明においては、４本のストリップライン１１ａｂ，１１ｂｃ，１１ｅｆ，１１ｄｅと、アレーアンテナ給電部ｈとの間に、Ｑマッチングによる整合手段を設ける。具体的には次のとおりである。
中間点ｂに眼を置いて見ると、インピーダンス５０Ωの２本のストリップライン１１ａｂと同１１ｂｃとが並列に接続されているので、インピーダンス２５Ωとなる。同様に、中間点ｅのインピーダンスも２５Ωとなる。
さらに中央点ｇに眼を置いて見ると、インピーダンス２５Ωの２個の中間点ｂ，ｅが並列に接続されているので、この中央点ｇのインピーダンスは１２．５Ωとなる。
そこで、ストリップライン１１ｂｇと、ストリップライン１１ｅｇとのそれぞれにＱマッチングによる整合手段を設けて、中間点ｂ，中間点ｅのインピーダンスをそれぞれ１００Ωに設定して、中央点ｇのインピーダンスを５０Ωにする。Ｑマッチングは当業界において公知の技術であり、通信技術関係の各種の辞典類（例えば文部省編の学術用語集電気工学編）に掲載されているので詳細は省略する。
【００２２】
（図１参照）直交座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを想定する。
図示の反射板１２を設けなければ、本実施形態のスロットボータイアレーアンテナはＺ軸方向に関して双方向の指向性を示すが、導電性の反射板１２を両面プリント基板１０と平行に設置すれば、矢印Ｚ方向に１方向性となり、アンテナ利得が上昇する。
ところが、前記多岐ストリップライン１１は、Ｙ軸に関して対称であるが、Ｘ軸に関しては非対称である。詳しくは、ストリップライン１１ｇｈが中央点ｇに関して対称でない。
このため、本実施形態のスロットボータイアレーアンテナの放射特性がＺ軸に対して傾斜する。
こうした非対称を解消するため、本例では、斜線で描いたストリップライン１１ｇｉを、中央点ｇに関してストリップライン１１ｇｈと対称になるように設け、その電気的長さをλ／４の奇数倍とした。（奇数は１を含む）。
上記ストリップライン１１ｇｉの先端の点ｉは、両面プリント基板１０を貫通するスルーホールによって、片方の面１０ａの銅箔に接続，導通させる。
【００２３】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、それぞれ前記図１の実施形態の変形例を示す要部断面図である。
図１と同じ符号を付した両面プリント基板１０、ストリップラインｂｇ，同ｅｇ、および中央点ｇ、および反射板１２は、前記図１におけると同様ないし類似の構成部分である。
（Ａ）図参照、ストリップラインｂｇと同ｅｇとが集まっている中央点ｇに、同軸ケーブル９の中心導体９ａを接続し、外部導体９ｂは両面プリント基板の片方の面の銅箔１０ａに接続する。
上記同軸ケーブル９は、反射板１２を貫通して後方に引き出される。
本発明に係るスロットボータイアレーアンテナは薄形であることを長所とする。この長所を利用して壁掛形（または壁掛け額風）に構成したとき、同軸ケーブルを後方に引き出すと好都合である。
図６（Ｂ）は、同軸ケーブルを直接的に接続せず、同軸ケーブルコネクター１７を設けた例である。符号１６はスペーサである。このように構成しても、（Ａ）図の実施例と同様な効果が得られる。
【００２４】
本発明に係るスロットボータイアレーアンテナは、スロットボータイアンテナ素子をＭ列，Ｎ段に配列する。
前掲の図１は２列，２段に配列した例であるが、このようにＭ＝Ｎ＝２としても、軸対称に配列するか、平行移動させて配列するかによって１６通りの変形例が考えられる。
図７および図８は、その内の７例を示した模式図であって、図７（Ａ）は前掲の図１と同じように４個のスロットボータイアンテナ素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの配列を表している。
なお、図７，図８の説明において、紛らわしくない場合はスロットボータイアンテナ素子を単に「素子」と略記する。
図７（Ａ）において、素子５Ａ，素子５Ｂの組合せと、素子５Ｃ，５Ｄの組合せとは、Ｙ軸に関して対称であり、
かつ、素子５Ｂ，素子５Ｄの組合せは、素子５Ａ，５Ｃの組合せをＹ軸方向に平行移動させた形になっている。
【００２５】
図７（Ｂ）において、素子５Ａと素子５ＣとはＹ軸に関して対称であり、素子５Ａ、素子５Ｃの組合せと、素子５Ｅ，素子５Ｆの組合せとはＸ軸に関して対称である。
Ｙ軸に関して対称をなすことは別段の問題を生じないが、Ｘ軸に関して対称にスロットボータイアンテナ素子を配置すると、次に述べるような「逆相」の問題を生じる。
図７（Ｂ）の素子５Ａにおける給電点８のｙ座標はプラスであり（χ軸の上方にあり）、素子５Ｅにおける給電点８のｙ座標値はマイナスである（χ軸の上方にある）。
このため、同位相の信号を素子５Ａと素子５Ｅとに送り込むと、双方の素子から放射される電波は相互に逆位相となる。
本図７（Ｂ）の例では、素子５Ａ，素子５Ｃというグループと、素子５Ｅ，素子５Ｆというグループとが相互に逆位相となる。
このような問題を解決するには、いずれか片方のグループの給電系統の途中に位相反転回路を設ければ良い。
位相反転手段は公知であるから詳細を省略するが、例えば電気的長さλ／２の導電ラインを設ければ定常波の位相が反転（１８０°の進相または遅相）する。
【００２６】
図７（Ｃ）の実施例では、素子５ＡをＸ軸方向に平行移動させて素子５Ｇが設けられ、さらに、素子５Ａ，素子５Ｇの組合せをＹ軸方向に平行移動させて素子５Ｂ，素子５Ｈの組合せが配置されている。
本実施例ではＸ軸に関して対称な素子が無いので、前述した逆相の問題は生じない。
図７（Ｄ）の実施例では、素子５ＡをＸ軸方向に平行移動させて素子５Ｇが設けられたところまでは前掲の（Ｃ）図と同様であるが、こうして配設された素子５Ａ，素子５Ｇの組合せに対し、Ｘ軸に関して対称に素子５Ｅ，素子５Ｆが配設されている。このようにＸ軸に関して対称な素子配列が為されたら逆相の問題を生じるので、このような配置を避けるか、または位相反転回路を設けるか、何れかの配慮を要する。
【００２７】
図８（Ｅ）の実施例における素子５Ｃは、前掲の（Ａ）図における素子５Ａに比して左右対称の形状である。つまり（Ａ）図の素子５Ｃと同様である。
この素子５Ｃに対し、Ｙ軸に関して対称に素子を設けると（Ｅ）図の素子５Ａのようになる。こうして配置した素子５Ｃ，素子５Ａの組合せをＹ軸方向に移動させると本図８（Ｅ）の素子配列となる（この配置を前掲の（Ａ）図に比較すると、左半のグループ（５Ａ，５Ｂ）と右半のグループ（５Ｃ，５Ｄ）とが入れ替わった形になっている。
また、上記（Ｅ）図における素子５Ｃ，素子５Ａの組合せに対し、Ｘ軸に関して対称に素子５Ｆ，素子５Ｅを配置すると図８（Ｆ）の素子配列となる。Ｘ軸対称性を有しているので位相反転回路を併設する必要がある。
本図８（Ｇ）の実施例は、素子５ＣをＸ軸方向に平行移動させて素子５Ｄを設けるとともに、上記の素子５Ｃ，素子５Ｄの組合せをＹ軸方向に平行移動させて素子５Ｄ，素子５Ｇを配置してある。
上記（Ｇ）図における素子５Ｃ，素子５Ｄの組合せに対し、Ｘ軸に関して対称に素子５Ｆ，素子５Ｈを設けると、（Ｈ）図の素子配列が構成される。
【００２８】
図７，図８を参照して以上に説明したのは、スロットボータイアンテナ素子を２列，２段に配列して形成される１６種類の素子配列の内の８列である。
本発明に係るアレーアンテナは、スロットボータイアンテナ素子を、２列２段に限らずＭ列Ｎ段に配列することができる（Ｍ，Ｎはそれぞれ正の整数）。
本発明者が各種実施例について比較実験研究した結果によると、図１に示した構成（図７（Ａ）の素子配置と同じ）が、性能，生産性，利便性などの総合評価に優れている。ただし、遠からぬ将来における仕様条件の変化によって、図１以外の実施形態に実用価値を生じることは充分に予想される。その理由は、アンテナ産業の現状が、通信機メーカーに対して分業・独立しており、かつ、通信機メーカーの要請に応じて設計製作している状態であるから、通信機の新機種開発を支援してアンテナメーカーも新型式アンテナを供給するため、設計の自由度を保持していることが望ましいからである。
従って、Ｍ列，Ｎ段の素子配列は多種多様であるが、その一つ一つに産業上の利用価値がある。
【００２９】
図９は、図１に示した実施形態（鎖線で描かれているストリップライン１１ｇｉは設けられている）の指向特性図表である。優れた指向性を有していることが読みとられる。
図１０は、図１に示した実施形態のＶＳＷＲ特性図表である。同調周波数帯域の広いことが表されている。
【００３０】
【発明の効果】
以上に本発明の実施形態を挙げてその構成，作用を明らかならしめたように、請求項１の発明によると、給電線が導通パターンによって構成されているので、形状，寸法が高精度であり、従ってアンテナ特性が安定する。
請求項２の発明によると、同軸ケーブルの中心線が、両面プリント基板の面とほぼ一致するので、当該スロットボータイアンテナをアンテナケースの中に収納する際に好都合である。
【００３１】
請求項３の発明を適用して、請求項１に係るスロットボータイアンテナを素子とするスロットボータイアレーアンテナを構成すると、アンテナ利得が上昇し、その上、工業的大量生産に適していて、高品質の製品を低コストで生産することができる。
請求項４の発明を適用すると、前記請求項３の発明の効果を妨げることなく、アンテナ利得を一層向上させることができる。
請求項５の発明によると、Ｍ列Ｎ段に配列されたスロットボータイアンテナ素子の中に、逆相の状態で給電されそうなスロットボータイアンテナ素子が有っても、その逆相関係を解消することができる。その結果として、多数のスロットボータイアンテナ素子の配列について設計的自由度が大きい。
【００３２】
請求項６の発明を適用すると、請求項３〜５の発明に係るスロットボータイアレーアンテナに指向性を与え、指向された方向のアンテナ利得をいっそう向上させることができる。
請求項７の発明によると、同軸ケーブルがスロットボータイアレーアンテナの背面から後方へ引き出される形に接続されるので、例えば該スロットボータイアレーアンテナが薄形であることを利用して壁掛額風のアンテナケースに収納した場合、同軸ケーブルを外観に表さないように配線することができる。
請求項８の説明によると、スロットボータイアレーアンテナを構成しているスロットボータイアンテナ素子のそれぞれについて、共用する１本の同軸ケーブルに対してインピーダンス整合をとることが容易であり、給電線内部における損失を最小限に抑制することができる。
【００３３】
請求項９の発明によると、１個のスロットボータイアンテナ素子を用いた請求項１の発明に比して約４倍のアンテナ利得を有しており、
しかも、アレーアンテナを形成している４個のスロットボータイアンテナ素子のそれぞれが、共通の１本の同軸ケーブルに対して合理的にインピーダンス整合されていて、優れたアンテナ特性を発揮する。
請求項１０の発明によれば、「４個のスロットボータイアンテナ素子」と「共通の１本の同軸ケーブル」との間のインピーダンス整合を、ストリップラインによって容易に、かつ低コストで行なうことができる。
請求項１１の発明によると、給電用ストリップラインの対称性が保持されて、Ｘ軸，Ｙ軸に直交するＺ軸に関しても放射特性が傾かない。
すなわち、ストリップライン１１ｇｈ（図１）のみを考えれば、中央点ｇに関して非対称の形状をなしているが、該ストリップライン１１ｇｈと対象なストリップライン１１ｇｉを設けることによってＺ軸に関して傾かない放射特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスロットボータイアレーアンテナの１実施形態を模式的に描いた斜視図である。
【図２】本発明に係るスロットボータイアレーアンテナの１実施例を模式的に描いた斜視図に、その部分拡大詳細を付記した図である。
【図３】前掲の図２の実施形態の要部を抽出して拡大した２面図である。
【図４】前掲の図２の実施形態における同軸ケーブル取付部付近を拡大して描いた２面図である。
【図５】本発明に係るスロットボータイアンテナの変形例を列挙した模式図である。
【図６】前掲の図１の実施形態の変形例２種類を描いた断面図である。
【図７】スロットボータイアンテナ素子を２列２段に配置して構成したアレーアンテナの素子配列の４例を描いた模式図である。
【図８】前掲の図７の４例と異なる４例を描いた模式図である。
【図９】前掲の図１に示した実施形態における指向特性図表である。
【図１０】前掲の図１に示した実施形態におけるＶＳＷＲ図表である。
【図１１】パッチアンテナの従来例を示す２面図である。
【図１２】未公知の先願の発明に係るスロットボータイアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
４・・・プリント基板、４ａ・・・銅箔、５・・・スロットボータイアンテナ素子、５Ａ〜５Ｇ・・・スロットボータイアンテナ素子（素子と略称）、６・・・無給電素子、７・・・給電線、８・・・給電点、９・・・同軸ケーブル、９ａ・・・中心導体、９ｂ・・・外部導体、１０・・・両面プリント基板、１０ａ・・・片方の面（銅箔）、１０ｂ・・・他方の面、１０ｃ・・・切欠、１１・・・ストリップライン、１２・・・反射板、１３・・・スルーホール、１４・・・グランド金具、１５・・・半田付。

Claims (11)

1. 両面プリント基板の面の上に直交座標χ，ｙを想定し、
   ２個のほぼ等しい三角形もしくは扇形、またはこれに類似した形状の頂点を座標原点付近に位置せしめ、頂点付近を重ね合わせてχ軸方向に向かい合わせ、
   χ軸に関してもｙ軸に関してもほぼ対称な「６本の直線または曲線で囲まれたボータイ形状」が設定されており、
   前記両面プリント基板の片方の面に形成されている金属箔が、上記ボータイ形状に除去されるとともに、
   上記両面プリント基板の他方の面に、上記ボータイ形状をｙ軸方向に跨ぐ無給電素子が、導通パターンで形成され、
   かつ、前記両面プリント基板の他方の面に、前記無給電素子とほぼ平行な給電用のストリップラインが設けられ、
   上記給電用ストリップラインの先端付近が、前記両面プリント基板の片方の面の金属箔に接続導通されていることを特徴とする無給電素子付きスロットボータイアンテナ。
2. 前記の給電用ストリップラインが両面プリント基板の端縁まで達していて、
   上記ストリップラインが到達した箇所において前記両面プリント基板に切欠きが設けられるとともに、
   上記の切欠きに嵌め合わせて同軸ケーブルの先端、または、同軸ケーブルコネクタが装着され、
   その中心導体がストリップラインに、外部導体が金属箔に、それぞれ接続導通されていることを特徴とする、請求項１に記載した無給電素子付きスロットボータイアンテナ。
3. 座標軸χに平行な座標軸Ｘと、座標軸ｙに平行な座標軸Ｙとを想定して、
   前記請求項１の無給電素子付きスロットボータイアンテナの複数個がＸ軸に関して対称に配列されて、複数個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子を形成しており、
   または、Ｙ軸方向に平行移動された形に配列されて複数個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子が形成されていることを特徴とする無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
4. 前記請求項３の無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナの複数組がＹ軸に関して対称に配列されており、
   または、Ｘ軸方向に平行移動された形に配列されていることを特徴とする、無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
5. 共通の両面プリント基板に、無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子がＸ軸方向にＭ列、Ｙ軸方向にＮ段に配列されるとともに、
   それぞれの無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子の給電点が、給電線によって高周波回路に接続されており、
   かつ、上記Ｍ×Ｎ個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子について、その給電点の位置のｙ座標値がプラスであるグループと、ｙ座標値がマイナスであるグループとに区分されていて、
   上記２つのグループの内、いずれか片方のグループの無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子の給電点と高周波回路との間に、位相反転回路が介挿されていることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
6. 前記両面プリント基板と平行に、導電材料製の反射板を設けたことを特徴とする、請求項３ないし請求項５の内の何れかに記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
7. 前記複数個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子それぞれが、給電点からの電気的長さの等しいストリップラインを介して、同軸ケーブルの中心導体が接続されるとともに、
   該同軸ケーブルの外部導体が両面プリント基板の銅箔に接続されており、
   かつ、該同軸ケーブルは前記の反射板を貫通して後方へ引き出されていることを特徴とする、請求項６に記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
8. 無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナを構成している複数個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子の、給電点におけるインピーダンス５０Ωであることを特徴とする、請求項３ないし請求項５の何れかに記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
9. 前記Ｍ列Ｎ段の配列におけるＭ＝Ｎ＝２であって、
   １個の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）を第１の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子と名付け、
   上記第１の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）をＹ軸方向に平行移動させた形状の第２の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）が設けられており、
   Ｙ軸に関して、上記第１の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）と対称に第３の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｃ）が設けられるとともに、
   Ｙ軸に関して前記第２の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）と対称に、第４の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｄ）が設けられており、
   かつ、第１の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ａ）の給電点（８）と、第２の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｂ）の給電点（８）とが、「電気的長さの等しい２本のストリップライン（１１ａｂ，１１ｂｃ）を直列に介して接続されていて、上記２本のストリップライン相互の接続点を中間点（ｂ）と名付け、
   同様に、第３の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｃ）と第４の無給電素子付きスロットボータイアンテナ素子（５Ｄ）とを接続する２本のストリップライン（１１ｄｅ，１１ｅｆ）の接続点を中間点（ｅ）と名付け、
   さらに、上記２個の中間点（ｂ）と中間点（ｅ）とは、互いに電気的長さの等しいストリップライン（１１ｂｇ）とストリップライン（ｅｇ）とによって中央点（ｇ）に接続されるとともに、
   上記中央点（ｇ）は、ストリップライン（１１ｇｈ）によって、アレーアンテナ給電部（ｈ）に接続されており、このアレーアンテナ給電部（ｈ）が同軸ケーブルを介して高周波回路と接続し得るようになっていることを特徴とする、請求項５に記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
10. 前記中間点（ｂ）と中央点（ｇ）との間にＱマッチングが設けられるとともに、
    中間点（ｅ）と中央点（ｇ）との間にＱマッチングが設けられていて、
    アレーアンテナ給電部（ｈ）におけるインピーダンスを５０Ωに整合されていることを特徴とする、請求項９に記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。
11. 前記の中央点（ｇ）とアレーアンテナ給電部（ｈ）とがストリップライン（１１ｇｈ）で接続されており、
    かつ、前記の中央点（ｇ）に関して、上記ストリップライン（１１ｇｈ）と点対称をなす位置に、「電気的長さがλ／４の奇数倍であるストリップライン１１ｇｉ」が設けられるとともに、
    該ストリップライン（１１ｇｈ）の、対称点と反対側の端が、両面プリント基板を貫通して銅箔（１０ａ）に接続導通されていることを特徴とする、請求項１０に記載した無給電素子付きスロットボータイアレーアンテナ。

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