JP2005151342A

JP2005151342A - スロットアンテナ装置

Info

Publication number: JP2005151342A
Application number: JP2003388231A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-18
Also published as: JP3902587B2

Abstract

【課題】小型化が容易で安価に製造できる円偏波用のスロットアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】スロットアンテナ装置１０は、高周波回路１１が配設された回路基板１２と、回路基板１２を収納するシールドケース１３とを備え、シールドケース１３の上面板１３ａに十字形スロット１４と給電線路部１５とが形成されている。十字形スロット１４は第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂとを直交させた形状に開設されており、この十字形スロット１４内に突出する給電線路部１５の先端部１５ｃが回路基板１２の給電回路に接続されている。各スロット１４ａ，１４ｂはそれぞれ、給電線路部１５の基端部１５ａと中間部１５ｂによって励振されるが、各スロット１４ａ，１４ｂの共振モードには約９０度の位相差が生じるため、円偏波アンテナとして動作する。
【選択図】図１

Description

本発明はスロットアンテナ装置に係り、特に、円偏波アンテナとして動作するスロットアンテナ装置に関する。

スロットアンテナ装置には、所定寸法のスロットが開設された金属箔や金属板等からなる導体部材と、増幅器や発振器等を含む高周波回路が配設された回路基板とが具備されており、この回路基板に接続された給電ライン等の給電手段を介して導体部材の適宜位置に給電を行うことにより、スロットを励振させて直線偏波を放射させることができる。この種のスロットアンテナ装置の従来例としては、回路基板の一側部にアンテナ部を設けた構成のものが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５はかかる従来のスロットアンテナ装置の要部平面図であって、誘電体等からなる基板１の一側部に設けられたアンテナ部２を示している。同図において、基板１の片面にはスロット３を有する導体層４が形成されており、基板１の他面にはスロット３を幅方向に横切る給電ライン５が形成されている。また、基板１の図示せぬ延長部分は、高周波回路が配設された回路部６となっている。導体層４や給電ライン５は銅箔等をパターニングしてなるもので、この導体層４に包囲された直線状の開口部分がスロット３となっている。このスロット３は、長手寸法が共振長λの約２分の１に設定されている。給電ライン５は回路部６から導出されたマイクロストリップ線路であり、この給電ライン５を介してスロット３の幅方向両端近傍に給電することにより、スロット３を励振させることができる。
特開２００３−２３４６１５号公報（第３−４頁、図３）

ところで、一般的に従来のスロットアンテナ装置は直線偏波用として設計されているが、図５においてスロット３の近傍に該スロット３の長手方向と直交する方向に延びる別のスロットを設け、この別のスロットをスロット３の共振モードに対し約９０度の位相差で励振させれば、円偏波用のスロットアンテナ装置が得られる。しかしながら、従来構造は高周波回路が配設されている基板１の延出部分（一側部）をアンテナ部２の領域として利用している関係上、このアンテナ部２に円偏波用の一対のスロットと一対の給電ラインを形成するとなると、アンテナ部２に広いスペースが必要となるため基板１の面積が増大してしまい、それゆえ装置全体の小型化が困難になるという問題があった。また、一対のスロットの共振モードに約９０度の位相差を生じさせるためには、給電回路に９０度位相差回路部を組み込むなどの対策が必要であることから、回路構成が複雑化してコストアップを伴うという問題もあった。

なお、装置の小型化を図るために多層基板の各層に高周波回路と給電ラインとスロット付き導体層を配設するという構成も考えられるが、多層基板を採用すると製造工程が複雑化するため、大幅なコストアップを余儀なくされる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が容易で安価に製造できる円偏波用のスロットアンテナ装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明のスロットアンテナ装置では、第１のスロットおよび第２のスロットを直交させてなる十字形スロットを開設して該十字形スロット内に給電線路部を突設した導体部材と、高周波回路を配設して前記給電線路部を接続せしめた回路基板とを備え、前記第１のスロット内を横切る前記給電線路部によって該第１のスロットが励振されると共に、前記第２のスロット内を横切る前記給電線路部によって該第２のスロットが励振されるようになし、前記第１のスロットの共振モードに対し前記第２のスロットが約９０度の位相差で励振されることで円偏波アンテナとして動作するように構成した。

このように構成されたスロットアンテナ装置は、第１のスロットと第２のスロットを直交させて十字形スロットとなし、この十字形スロット内に突設された給電線路部を介して第１および第２のスロットに対して給電を行うというものなので、例えば、十字形スロットの周縁と連続する給電線路部の基端部を、第１および第２のスロットが交差する領域から所定量離間させることによって、第１のスロットの共振モードと第２のスロットの共振モードとの間に約９０度の位相差を生じさせることができる。したがって、給電回路を複雑化することなく安価に円偏波用スロットアンテナ装置を製造することが可能となる。また、十字形スロットと給電線路部を同一面に配設する構成なので、例えば、片面に高周波回路を設けた回路基板の他面に十字形スロットおよび給電線路部を含む導体部材を設けることによって、多層基板を採用することなく安価に円偏波用スロットアンテナ装置の小型化が促進できる。

かかる構成のスロットアンテナ装置は、前記導体部材が金属板であって、該金属板に形成した片持ち状の帯状部分を十字形スロット内に配置して給電線路部となし、該帯状部分の先端部を前記回路基板に接続しておくことが好ましい。これにより、一枚の金属板をプレス加工するだけで十字形スロットと給電線路部を簡単かつ正確に形成することができるため、大幅なコストダウンが図れる。この場合、回路基板を収納するシールドケースを活用すればさらに好ましい。すなわち、シールドケースの一面に十字形スロットおよび給電線路部を設けることにより、該一面が前記導体部材を兼ねることになるので、アンテナ専用の導体部材が不要となって円偏波用スロットアンテナ装置を極めて安価に製造することができる。

また、かかる構成のスロットアンテナ装置において、前記第１および第２のスロットの閉端部が他部よりも幅広に形成されている場合には、該閉端部が他部と同幅である場合よりも共振周波数が低くなるため、装置全体の小型化が促進しやすくなる。

また、かかる構成のスロットアンテナ装置において、前記導体部材が前記第１および第２のスロットの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部を有する場合には、該切欠き部の存しない場合に比べて帯域幅が広くなるという利点がある。

本発明のスロットアンテナ装置は、第１のスロットと第２のスロットを直交させてなる十字形スロット内に給電線路部を突設して給電を行い、第１のスロットと第２のスロットを約９０度の位相差で励振させることにより、円偏波アンテナとして動作させるというものなので、給電回路を複雑化したり多層基板を採用することなく、小型で安価な円偏波用スロットアンテナ装置が得られる。

特に、十字形スロットを開設した導体部材が金属板からなり、該金属板に形成した片持ち状の帯状部分を十字形スロット内に配置して給電線路部となした場合には、一枚板の金属板をプレス加工するだけで十字形スロットと給電線路部を簡単かつ正確に形成することができるため、大幅なコストダウンが図れる。さらに、該金属板として、回路基板を収納するシールドケースを活用した場合には、アンテナ専用の導体部材が不要となるため円偏波用スロットアンテナ装置を極めて安価に製造することができる。

実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るスロットアンテナ装置の斜視図、図２は該スロットアンテナ装置の断面図、図３は該スロットアンテナ装置の平面図である。

これらの図に示すスロットアンテナ装置１０は、増幅器や発振器等を含む高周波回路１１が配設された回路基板１２と、この回路基板１２を収納する筐体で良導電性の金属板からなるシールドケース１３とによって主に構成されており、シールドケース１３の上面板１３ａに十字形スロット１４と給電線路部１５とが形成されている。上面板１３ａに開設された十字形スロット１４は、長手寸法が等しい第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂとを直交させた形状に打ち抜かれている。給電線路部１５は上面板１３ａに形成した片持ち状の帯状部分を十字形スロット１４内に配置させたもので、この給電線路部１５の先端部分は回路基板１２の給電回路に接続されている。

十字形スロット１４内における給電線路部１５の配置について詳しく説明すると、十字形スロット１４の周縁と連続する給電線路部１５の基端部１５ａは、両スロット１４ａ，１４ｂが交差する領域から第１のスロット１４ａの一方の閉端側へ所定量ずらした位置に配置させてあり、この基端部１５ａの先端側に連続する中間部１５ｂは、両スロット１４ａ，１４ｂが交差する領域を通過して第１のスロット１４ａ内を他方の閉端へ向かって延びている。そして、この中間部１５ｂの先端側に連続する先端部１５ｃが下向きに折り曲げられて回路基板１２に半田付けされている。すなわち、給電線路部１５の基端部１５ａは第１のスロット１４ａの周縁の一部から該スロット１４ａ内へ略直角に突出しており、この基端部１５ａを給電ラインとして第１のスロット１４ａを励振させることができる。また、給電線路部１５の中間部１５ｂは、第１のスロット１４ａの長手方向に沿って延びているため第２のスロット１４ｂを幅方向に横切ることになり、それゆえ中間部１５ｂを給電ラインとして第２のスロット１４ｂを励振させることができる。なお、中間部１５ｂは、第１のスロット１４ａを長手方向に沿って二分割する直線に対しオフセットさせてあるため、中間部１５ｂを挟んで対向する第１のスロット１４ａの幅方向両端部の間には給電時に電位差が発生する。

給電回路から給電線路部１５に信号電流が供給されると、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂがそれぞれ励振されて互いに直交する直線偏波が放射されるが、基端部１５ａを流れる信号電流の位相と中間部１５ｂを流れる信号電流の位相とが異なるため、給電線路部１５の形状や形成位置を適宜選択することによって、第１のスロット１４ａの共振モードと第２のスロット１４ｂの共振モードとの間に約９０度の位相差を生じさせることができる。それゆえ、このスロットアンテナ装置１０は、十字形スロット１４から円偏波を放射する円偏波アンテナとして動作させることができる。

なお、高周波回路１１はシールドケース１３に覆われているため、外来電波から遮蔽されて高信頼性が確保されている。また、このシールドケース１３の底板部１３ｂは、十字形スロット１４から下方へ放射される電波を反射するリフレクタとして機能するため、スロットアンテナ装置１０は上方へ放射される電波が強まって良好な指向性が期待できる。

また、このシールドケース１３には、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部１６が形成されている。これらの切欠き部１６は、各スロット１４ａ，１４ｂの磁界領域（電流最大領域）に付設されたキャパシタとして機能するため、該磁界領域における電流経路を周波数に応じて異ならせることができる。したがって、これらの切欠き部１６を設けることにより、スロットアンテナ装置１０の帯域幅を広げることができる。

このように本実施形態例に係るスロットアンテナ装置１０は、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂを直交させて十字形スロット１４となし、この十字形スロット１４内に給電線路部１５を突設して給電を行うことにより、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂを約９０度の位相差で励振させるというものなので、給電回路を複雑化することなく円偏波アンテナとして動作させることができる。また、このスロットアンテナ装置１０は、回路基板１２を収納するシールドケース１３を活用して、その上面板１３ａに十字形スロット１４および給電線路部１５を形成しているので、部品点数が非常に少なく、大きさもコンパクトになっている。しかも、これらの十字形スロット１４や給電線路部１５は、プレス加工によって簡単かつ正確に形成することができる。それゆえ、このスロットアンテナ装置１０は、極めて安価に製造することができ、小型化も容易である。

図４は本発明の他の実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図であって、図３と対応する部分には同一符号が付してある。図４に示すスロットアンテナ装置２０は、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの閉端付近がいずれも他部よりも幅広に切り欠かれた幅広部１４ｃとなっている点が、前記実施形態例と異なっている。このように各スロット１４ａ，１４ｂの幅寸法が、磁界領域（電流最大領域）である閉端部で拡幅されていると、電流の経路長が増大するため共振周波数が低くなる。したがって、特定の周波数で共振させるために必要な各スロット１４ａ，１４ｂの長手寸法が縮小できて、装置全体の小型化が促進しやすくなる。

なお、上述した各実施形態例では給電線路部１５の基端部１５ａが、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂが交差する領域から所定量離間させてあるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの長手寸法が所定量異なる場合には、両スロット１４ａ，１４ｂが交差する領域内へ、その対角線方向に延びる基端部１５ａを突設することによって、両スロット１４ａ，１４ｂを約９０度の位相差で励振させることができるため、円偏波アンテナとして動作させることは可能である。

また、上述した各実施形態例では、金属板に十字形スロットを開設した場合について説明しているが、基板表面に銅等の金属箔をパターニングして十字形スロットや給電線路部を形成してもよい。例えば、片面に高周波回路を設けた回路基板の他面に金属箔をパターニングして十字形スロットおよび給電線路部を形成し、この給電線路部をスルーホールを介して回路基板の給電回路に接続すれば、多層基板を採用することなく安価に円偏波用スロットアンテナ装置の小型化が促進できる。

本発明の実施形態例に係るスロットアンテナ装置の斜視図である。図１に示すスロットアンテナ装置の断面図である。図１に示すスロットアンテナ装置の平面図である。本発明の他の実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図である。従来例に係るスロットアンテナ装置の要部平面図である。

符号の説明

１０，２０スロットアンテナ装置
１１高周波回路
１２回路基板
１３シールドケース
１３ａ上面板
１４十字形スロット
１４ａ第１のスロット
１４ｂ第２のスロット
１５給電線路部
１５ａ基端部
１５ｂ中間部
１５ｃ先端部
１６切欠き部

Claims

第１のスロットおよび第２のスロットを直交させてなる十字形スロットを開設して該十字形スロット内に給電線路部を突設した導体部材と、高周波回路を配設して前記給電線路部を接続せしめた回路基板とを備え、前記第１のスロット内を横切る前記給電線路部によって該第１のスロットが励振されると共に、前記第２のスロット内を横切る前記給電線路部によって該第２のスロットが励振されるようになし、前記第１のスロットの共振モードに対し前記第２のスロットが約９０度の位相差で励振されることで円偏波アンテナとして動作するように構成したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記十字形スロットの周縁と連続する前記給電線路部の基端部を前記第１および第２のスロットが交差する領域から所定量離間させたことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１または２の記載において、前記導体部材が金属板であって、該金属板に形成した片持ち状の帯状部分を前記十字形スロット内に配置して前記給電線路部となし、該帯状部分の先端部を前記回路基板に接続したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項３の記載において、前記回路基板を収納するシールドケースを備え、該シールドケースの一面が前記導体部材を兼ねていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記第１および第２のスロットの閉端部が他部よりも幅広に形成されていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記導体部材が前記第１および第２のスロットの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部を有することを特徴とするスロットアンテナ装置。