JP2005229284A - Substrate type antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体通信の基地局アンテナなどに用いる基板型アンテナに係り、特に、小型かつ簡単な構成で走査可能な基板型アンテナに関するものである。 The present invention relates to a substrate type antenna used for a base station antenna for mobile communication, and more particularly to a substrate type antenna capable of scanning with a small and simple configuration.
水平面に対して垂直に起立させた基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナにより、比較的広帯域にわたり無指向性(水平面での無指向性)を得る技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Nondirectionality over a relatively wide band (omnidirectionality in a horizontal plane) by a substrate-type antenna in which a feed line consisting of a microstrip line and an antenna element consisting of a microstrip line are formed on a substrate standing upright with respect to a horizontal plane There is known a technique for obtaining (see, for example, Patent Document 1).
また、有限幅の指向性を有するアンテナを用い、その指向性の向き(ビーム方向)を所望の角度に段階的或いは連続的に変更(走査)する技術が知られている。例えば、特許文献2には、アンテナを機械的に動かして指向性を走査する装置が記載されている。また、特許文献3には、アレイアンテナを構成する個々の素子アンテナの電気的条件を変化させて電子的に指向性を走査する装置が記載されている。
Also, a technique is known in which an antenna having directivity with a finite width is used, and the directionality (beam direction) of the directivity is changed (scanned) stepwise or continuously to a desired angle. For example,
電子的走査アンテナは、指向性を瞬時に切り替えられるという利点がある反面、複数列の素子アンテナが必要であると共に、各素子アンテナ列の位相量を変化させる複数の可変移相器や素子アンテナ列を個別に選択するスイッチなどが必要であるため、装置構成及び制御が複雑になる。 The electronic scanning antenna has the advantage that the directivity can be switched instantaneously, but it requires a plurality of element antennas and a plurality of variable phase shifters and element antenna arrays that change the phase amount of each element antenna array. Since a switch or the like for individually selecting a device is necessary, the device configuration and control become complicated.
機械的走査アンテナは、一般的には、一次放射器の開口部がパラボラ反射器の焦点位置にあって、一次放射器とパラボラ反射器の相対的位置関係が一定のまま360°回転走査させる場合や、パラボラ反射器を固定させ、一次放射器の開口部の焦点付近で偏位給電することにより、扇型にビームを走査させる場合などがあるが、一次放射器やパラボラ反射器が必要であるため装置構成が複雑かつ大型となる。 In general, a mechanical scanning antenna is used when the opening of the primary radiator is at the focal position of the parabolic reflector and the relative positional relationship between the primary radiator and the parabolic reflector is rotated 360 ° while being kept constant. The parabolic reflector may be fixed and the beam may be scanned in a fan shape by feeding the displacement near the focal point of the opening of the primary radiator. However, a primary radiator or parabolic reflector is required. Therefore, the apparatus configuration is complicated and large.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な構成で走査可能な基板型アンテナを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a substrate type antenna that can be scanned with a simple configuration.
上記目的を達成するために本発明は、誘電体基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナにおいて、前記基板に対し所定の傾斜角を持たせて反射板を設置し、この反射板を上記傾斜角のまま前記基板に対し相対的に移動自在にしたものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate type antenna in which a feeding line made of a microstrip line and an antenna element made of a microstrip line are formed on a dielectric substrate, and the substrate has a predetermined inclination angle. A reflecting plate is installed, and the reflecting plate is movable relative to the substrate while maintaining the tilt angle.
上記基板に対し上記所定の傾斜角とは異なる傾斜角を持たせた第2の反射板を上記反射板と一体に設けてもよい。 A second reflecting plate having an inclination angle different from the predetermined inclination angle with respect to the substrate may be provided integrally with the reflecting plate.
上記給電線及びアンテナ素子の寸法要素を上記反射板がない状態で楕円型指向性が得られる寸法要素としてもよい。 The dimension elements of the feeder line and the antenna element may be dimension elements that can obtain elliptical directivity without the reflector.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
(1)基板と反射板との距離を変化させるだけで指向性を走査することができるので、アンテナの構成を単純にすることができる。 (1) Since the directivity can be scanned only by changing the distance between the substrate and the reflecting plate, the configuration of the antenna can be simplified.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2に示されるように、本発明に係るアンテナ1には、基板2の一方の面に基板2の長手方向に伸びるマイクロストリップ線路からなる給電線3(3は先端開放線ともいう)と、マイクロストリップ線路からなるアンテナ素子5と、給電線3とアンテナ素子5とを接続するマイクロストリップ線路からなる給電線4とが形成され、基板2の他方の面に接地導体10が形成された基板型アンテナを用いる。アンテナ素子5は、長手方向に電気長1/2λ波長の長さを有する。また、接地導体10は給電線3の裏側に位置し、図示しない外部の送受信器から基板まで給電するための同軸ケーブル9が接地導体10に沿わせて設けられている。なお、本実施形態の基板型アンテナは、アンテナ素子5が形成された面の反対面の前記アンテナ素子5に対応する位置に無給電素子9を設けているが、アンテナ素子5と同一面上でアンテナ素子5と平行になるように配置することも可能である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図中z軸で示した方向が水平面に対して垂直な方向である。即ち、この基板2は基板2の長手方向を水平面に対して垂直に設置される。この基板型アンテナ1の指向性を決定付ける給電線4及びアンテナ素子5の寸法要素としては、給電線4の長さ(先端開放線3とアンテナ素子5の間隔)、基板2の長手方向に隣接する2本の給電線4の先端開放線3上での距離(基板2の長手方向に隣接する2本のアンテナ素子5の間隔)などがあるが、これらの寸法要素は使用周波数λの整数倍或いは簡単な整数分の整数倍とすることにより、水平面上で無指向性(円形指向性)が得られる。詳しくは特許文献1に記載のとおりである。この円形指向性の一例を図3に示す。0°(図1のx軸方向)の利得に対して±180°(図1のx軸反対方向)の利得は若干小さいが実験誤差の程度である。
The direction indicated by the z axis in the figure is the direction perpendicular to the horizontal plane. That is, the
本実施形態では、上記無指向性が得られる寸法要素からわざと逸脱させ、例えば、使用周波数λから単純に得られない値を使用して、水平面上で楕円形指向性が得られる寸法要素を採用している。例えば、基板2の長手方向に互いに隣接する2つのアンテナ素子5,5の間隔を変化させる。このようにして得られた楕円形指向性の一例を図4に示す。図示のように0°(図1のx軸方向)の利得に対して±180°の利得は1dB程度小さく±90°(図1のy軸方向)の利得は4dB程度小さい。
In the present embodiment, the dimension element that deviates intentionally from the dimension element that can obtain the omnidirectionality, for example, a dimension element that can obtain the elliptical directivity on the horizontal plane by using a value that cannot be simply obtained from the use frequency λ. doing. For example, the distance between the two
図1、図2に戻り、本発明に係るアンテナ1は、基板2に対し水平面上で所定の傾斜角を持たせて反射板6を設置し、この反射板6を上記傾斜角のまま基板2に対し相対的に移動自在に構成したものである。この実施形態では、傾斜角αは45°としたが、所望の指向性を得るために何度に設定してもよい。
1 and 2, the
いま反射板6は、初期位置にあるものとする。
Now, it is assumed that the
反射板6は、基板2から適宜に離して設置してある。アンテナ素子5から反射板6までのx軸方向の距離は、図5の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板6のy軸方向の幅は、図5の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板6のz軸方向の長さは基板2のz軸方向の長さとほぼ同等にする。なお、図1では、アンテナ素子5をz軸方向に4段だけ示したが実際には4段より多段あるいは少段に設けてもよい。
The
図5に、図1のアンテナの傾斜角αを90°、即ち、反射板6が基板2に対し直角としたときの水平面上指向性を示す。図示のように、0°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。利得が最大となる約0°の利得を基準に−3dBとなる角度を見ると、約±80°である。即ち、160°の指向角が得られている。
FIG. 5 shows the directivity on the horizontal plane when the inclination angle α of the antenna of FIG. 1 is 90 °, that is, when the
図6に、図1の基板型アンテナの傾斜角αを0°、即ち、反射板6が基板2に対し平行としたときの水平面上指向性を示す。図示のように、0°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。利得が最大となる約0°の利得を基準に−3dBとなる角度を見ると、±45°である。即ち、90°の指向角が得られている。
FIG. 6 shows the directivity on the horizontal plane when the inclination angle α of the substrate type antenna of FIG. 1 is 0 °, that is, when the
図1、図2に示したアンテナ1は、基板2と反射板6とのなす傾斜角αを90°と0°の中間である45°にしたものである。このように基板2に対する反射板6の傾斜角αは、360°中の任意の値にすることができ、この傾斜角αによって得られる指向性が異なる。図7に、図1のアンテナの傾斜角αを45°としたときの水平面上指向性を示す。図示のように、利得が最大となる角度が約10°にずれており、−3dBとなる角度も−40°及び+70°となり、指向性が全体的に+角度側に寄っていることが分かる。
The
次に、図1、図2に示したアンテナ1において基板2の一端と反射板6とのy軸方向の距離をオフセットSと呼ぶことにする。本発明では、反射板6を移動させることにより、オフセットSを変化させる。図8は、図2に示したアンテナ1の反射板6を移動させた状態を示す。図2では基板2の幅方向中央と反射板6の幅方向中央とがy軸の同一位置にあったが、図8では基板2が相対的にy軸のマイナス方向に移動し、オフセットSは小さくなっている。なお、基板2と反射板6とは相対的に移動すればよいが、基板2には同軸給電線7が添えて配線されているので動かしにくいこと及び基板2を原点として指向性を比較することから、ここでは反射板6のほうを移動させることにした。
Next, the distance in the y-axis direction between one end of the
図8の状態に対応する水平面上指向性を図9に示す。図示のように、利得が最大となる角度が約30°にずれており、図7に比べ指向性が全体的に+角度側に寄っていることが分かる。このように、オフセットSを図2から図8のように変化させるだけで、指向性を走査することができる。 FIG. 9 shows the directivity on the horizontal plane corresponding to the state of FIG. As shown in the figure, the angle at which the gain is maximum is shifted to about 30 °, and it can be seen that the directivity is closer to the positive angle side as compared with FIG. In this way, the directivity can be scanned simply by changing the offset S as shown in FIGS.
次に、図10に示したアンテナ1aは、図8のアンテナ1に別の第2の反射板8を付加したものである。反射板8は、基板2に対し水平面上で反射板6の傾斜角αとは異なる傾斜角を持たせる。ここでは、反射板8は反射板6に対して角度βをつけることで基板2に対する傾斜角を異ならせている。反射板8は、反射板6と一体的に設け、反射板6と一緒に移動させる。
Next, the antenna 1a shown in FIG. 10 is obtained by adding another second reflecting
図11に、図10のアンテナ1aの水平面上指向性を示す。図示のように、利得が最大となる角度が約30°である点は図9と変わらないが、図9で−60°に見られたサイドローブが図11では解消されている。 FIG. 11 shows the directivity on the horizontal plane of the antenna 1a of FIG. As shown in the figure, the angle at which the gain is maximum is about 30 °, which is the same as in FIG. 9, but the side lobe seen at −60 ° in FIG. 9 is eliminated in FIG. 11.
図12に示したアンテナ1bは、図8のアンテナ1に別の反射板8を付加したものである。図10とは、反射板8と反射板6との角度βが異なり、ここでは90°である。
An antenna 1b shown in FIG. 12 is obtained by adding another
図13に、図12のアンテナ1bの水平面上指向性を示す。図示のように、利得が最大となる角度が約30°である点は図9、図11と変わらないが、図13ではサイドローブがより解消され、−3dBとなる角度が0°及び+60°という理想的なプロファイルが得られている。 FIG. 13 shows the directivity on the horizontal plane of the antenna 1b of FIG. As shown in the drawing, the angle at which the maximum gain is about 30 ° is the same as in FIGS. 9 and 11, but in FIG. 13, the side lobe is further eliminated, and the angles at which −3 dB becomes 0 ° and + 60 °. The ideal profile is obtained.
これまでの説明から分かるように、本発明では、基板2と反射板6との距離であるオフセットSを変化させるだけで、指向性を走査することができる。反射板6の移動は段階的でも連続的でもよい。反射板6(或いは反射板8と反射板6)を適宜な距離だけ移動させれば所望の向きの指向性、例えば、図14に示すような、利得が最大となる角度が−45°となる指向性を実現させることができる。従来の機械的走査アンテナと違って放射器を含むアンテナ全体を動かさなくてよいし、電子的走査アンテナと違って複雑な回路素子を付加する必要がない。しかも、反射板6は1軸方向に移動させるだけでよいので、移動機構も単純に構成することができる。即ち、本発明によれば、走査可能な基板型アンテナを小型かつ簡易な構成で安価に製造できる。
As can be seen from the above description, in the present invention, the directivity can be scanned only by changing the offset S, which is the distance between the
反射板6や反射板8の大きさは、指向性のプロファイルを鑑みて適宜に調整すればよい。例えば、図15に示したアンテナ1cは、図12に示したアンテナ1bに比べると、反射板6の幅は狭く、反射板8の幅は広い。
The sizes of the reflecting
また、反射板8は反射板6の両端に付けてもよい。図16に示したアンテナ1dは、基板2に対して傾斜角αの反射板6の両端にそれぞれ角度β=90°で反射板8,8´を設けたものである。このように、反射板8を複数設けるときには、各々の反射板8,8´のサイズを異ならせてもよい。
Further, the reflecting
次に、反射板を移動させる機構の実施形態を説明する。 Next, an embodiment of a mechanism for moving the reflecting plate will be described.
図17に示されるように、反射板6には、この反射板6の移動方向に並ぶ複数の歯171を設ける。この歯171に噛み合わせたギア172を設け、このギア172を図示しないモータ等の駆動装置で回転させることにより、反射板6を移動させ、オフセットSを変化させることができる。なお、歯171は、直接反射板6に形成せずとも、反射板6と一体化した移動子に形成してもよい。ギア172はボールギアであってもよい。
As shown in FIG. 17, the reflecting
図17に示した構成を用いずとも、反射板6を傾斜角αのまま基板2に対し相対的に移動自在にする機構であれば、本発明は実施できる。
Even if the configuration shown in FIG. 17 is not used, the present invention can be implemented as long as the mechanism allows the reflecting
1 アンテナ
2 基板
3 給電線
4 給電線
5 アンテナ素子
6 反射板
7 同軸給電線
8 反射板(第2の反射板)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
3. The substrate type antenna according to claim 1, wherein the dimension elements of the feeder line and the antenna element are dimension elements capable of obtaining elliptical directivity without the reflector.
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JP2004035117A JP4713838B2 (en) | 2004-02-12 | 2004-02-12 | Substrate antenna |
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- 2004-02-12 JP JP2004035117A patent/JP4713838B2/en not_active Expired - Fee Related
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