JP2006166377A

JP2006166377A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2006166377A
Application number: JP2004358806A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Yamamoto; 直幸山本; Miyuki Tanaka; 深雪田中; Hideki Fushimi; 英樹伏見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2004-12-10
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】スパイラルアンテナを収納した空間内に生じた外気温等の変化に基づく結露水等を外部に排出してアンテナ諸特性の劣化を防止する。
【解決手段】誘電体基板１と、この誘電体基板に形成されたスパイラル状の第１及び第２のアンテナ素子からなるスパイラルアンテナ２と、このスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１を収納するアンテナケース部と、前記スパイラルアンテナ２の中心部分に対して対称となる位置であって、前記第１及び第２のアンテナ素子の間における前記誘電体基板１に形成された複数の貫通穴と、前記アンテナケース部に形成され、前記複数の貫通穴と連通して前記アンテナケース部の内部３と外部との気圧差を抑制する外気穴９とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、航空機等に搭載して使用するアンテナ装置に関する。

従来、移動体通信用又は航空機等に搭載されるアンテナ装置に用いられるアンテナとして、Ｆ型アンテナ、逆Ｆ型アンテナ等がある。また、小型化を図るものとして誘電体基板と平行に展開した螺旋状のアンテナ素子を用いたスパイラルアンテナと呼ばれるものがある。

一方、このようなアンテナ装置においては、大気中の影響によるアンテナ諸特性の劣化を防止し、かつ、装置の小型化を図るため、アンテナ等を気密構造の空間に収納することが行われている。

特開２０００−４９５２５（第２頁、図１、図２）

特開２００１−２６７８２８（第１−２頁、図５）

しかし、従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、環境変化が厳しくない状況下ではアンテナを気密構造の空間内に収納することでアンテナ諸特性の劣化を防止することが可能であるが、例えば、航空機に搭載するアンテナ装置の場合、航空機の飛行高度の大幅な変化によって外気温が急激に変化し、この外気温の急激な変化により気密された空間内の圧力変化さらには結露が生じる。そして、このように気密された空間では水滴の逃げ場がなく、このような結露水が滞留してアンテナ諸特性の劣化を招くという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、外気温の急激な変化によりアンテナ等が収納された空間内において圧力変化ないし結露が生じるような場合であっても、このような空間内における結露水の滞留を抑制してアンテナ諸特性の劣化を防止することができる新規なアンテナ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板と、この誘電体基板の上面にスパイラル状に形成された第１及び第２のアンテナ素子からなるスパイラルアンテナと、このスパイラルアンテナが形成された前記誘電体基板を収納するアンテナケース部と、このアンテナケース部の前記誘電体基板の下面側に設けられ、前記スパイラルアンテナの中心部分に位置する前記第１及び第２のアンテナ素子の端部に給電電力を供給する同軸コネクタと、前記スパイラルアンテナの中心部分に対して対称となる位置であって、前記第１及び第２のアンテナ素子の間における前記誘電体基板に形成された複数の通気穴と、前記アンテナケース部に形成され、前記複数の通気穴と連通して前記アンテナケース部の内部と外部との気圧差を抑制する外気穴とを備えたものである。

この発明によれば、外気温の急激な変化によりアンテナ等が収納された空間内において圧力変化ないし結露が生じるような場合であっても、このような空間内における結露水の滞留を抑制してアンテナ諸特性の劣化を防止することができる。また、誘電体基板に形成する通気穴のスペースを誘電体基板に余分に設ける必要がないので、誘電体基板の寸法をスパイラルアンテナの使用下限周波数にあわせて設計することができ、かつ、装置を小型化することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１乃至図３を用いて説明する。図１は実施の形態１によるアンテナ装置を示す分解構成図、図２は実施の形態１によるアンテナ装置であって、図１に示すような各構成部品からなるアンテナ装置の断面を示す断面構成図である。図１及び図２において、１はフッ素樹脂等からなり円板状に形成された誘電体基板、２は誘電体基板１の面に沿って平行方向に展開されたスパイラルアンテナであって、２ａは誘電体基板１の上面にスパイラル状に形成された第１のアンテナ素子、２ｂは第１のアンテナ素子２ａの間にスパイラル状に形成された第２のアンテナ素子である。図１及び図２に示すように、スパイラルアンテナ２は誘電体基板１の面に沿って平行な螺旋を描いて形成されている。なお、スパイラルアンテナ２の使用周波数はアンテナ素子２ａ，２ｂの１周分の長さによって規定され、アンテナ素子２ａ，２ｂの１周分の長さが１波長の場合にその波長に対応する周波数にて動作する。したがって、スパイラルアンテナ２の直径に比例して使用下限周波数を広げることができ、スパイラルアンテナ２の直径を大きく形成することによって広帯域の周波数に対応できる。

また、３はスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１を内部に収納するアンテナケース部であって、３ａはスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１の周縁部を保持して誘電体基板１の下面側を覆う第１のケース、３ｂは第１のケース３ａに嵌合され、誘電体基板１の上面側を覆う第２のケース、４は第１のケース３ａに設けられ、スパイラルアンテナ２の中心部分に位置する第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの端部に給電電力を供給する同軸コネクタ、５は同軸コネクタ４に接続されたバラン等の整合回路、６ａ，６ｂは整合回路５の両側面にそれぞれ形成され、誘電体基板１の中心部分に配置された第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの巻き始め部（後述する。）と同軸コネクタ４とをそれぞれ電気的に接続する給電線路、７ａ〜７ｆは第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの間における誘電体基板１であって、前記スパイラルアンテナ２の中心部分に対して対称となる位置にそれぞれ形成した複数の通気穴、８は誘電体基板１の周縁部付近に形成された補助の通気穴、９は第１のケース３ａに形成された外気穴９ａと第２のケース３ｂに形成された外気穴９ｂとから構成される外気穴である。

図２に示すように、通気穴７ａ〜７ｆ、補助の通気穴８は誘電体基板１の上面及び下面に貫通している貫通穴であり、外気穴９はアンテナケース部３の内外に貫通している貫通穴である。また、第１のケース３ａと第２のケース３ｂとの嵌合する部分には、例えば接着剤等の接着手段を設けることにより第１のケース３ａと第２のケース３ｂとを強固に固定することができる。また、第２のケース３ｂはスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１の面に対向して配置される部分であり、アンテナパターンに対する透過特性との関係から第１のケース３ａよりも薄く構成した方が望ましい。

また、図３は図１に示すスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１を上面から見た様子を示す上面図である。図３において、１０は誘電体基板の中心部、１１ａ，１１ｂは誘電体基板１の中心部分であって、スパイラルアンテナ２の中心部分に設けられた第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの巻き始め端部、１２ａ、１２ｂは誘電体基板１の周縁部付近に配置された第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの巻き終り端部である。図３に示すように、実施の形態１によるアンテナ装置では、スパイラルアンテナ２の中心部分から離れた位置ほど通気穴を設けるスペースが広がるのでスパイラルアンテナ２の中心部分から離れた位置ほど通気穴の寸法を長く形成している。また、スパイラルアンテナ２の中心部分からの距離が等しい位置に形成された通気穴の寸法がほぼ同寸法となるように形成することでこれら複数の通気穴７ａ〜７ｆがスパイラルアンテナ２の中心部分に対して対称となるように形成している。

次に、動作について説明する。実施の形態１によるアンテナ装置は、航空機等の移動体上に搭載して使用する。その場合、アンテナケース部３内に存在する水滴等が外気穴９からアンテナケース３の外部に容易に排出できるように搭載すること、例えば、アンテナケース部３に設けた外気穴９が鉛直方向を向くように搭載することが望ましいが、小型の航空機等の場合には、飛行姿勢が変化するので、このような航空機に搭載して使用する場合は、外気穴９の配置を考慮せずに搭載することができる。

このように、航空機等に搭載されたアンテナ装置を使用する場合、まず、航空機等に別に搭載された外部回路（図示省略）から同軸コネクタ４に給電電力が入力される。整合回路５には第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂにそれぞれ対応する給電線６を設けており（図示省略。）、同軸コネクタ４に入力された給電電力は整合回路５に形成された各給電線路６ａ，６ｂを介して誘電体基板１の上面に形成されたスパイラルアンテナ２の給電部である第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの巻き始め端部１１ａ，１１ｂにそれぞれ供給される（第１のアンテナ素子２ａの巻き始め端部１１ａには給電線路６ａを経由した給電電力が供給され、第２のアンテナ素子２ｂの巻き始め端部１１ｂには給電線路６ｂを経由した給電電力が供給される。）。第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂの巻き始め端部１１ａ，１１ｂに給電電力が供給されると第１及び第２のアンテナ素子２ａ，２ｂにそれぞれ電流が流れ、アンテナパターンが形成される。これにより他の装置との送受信を行うことが可能となる。なお、この場合のアンテナパターンは指向性を有するので、全方位についての送受信をカバーすることはできないが、例えば、航空機の前後左右及び上下のそれぞれに図２に示すようなアンテナ装置を複数設けることにより、航空機の全方位について送信又は受信を行うことができる。

スパイラルアンテナ２は、その構造から自己補対アンテナと呼ばれており、スパイラルアンテナ２を構成しているアンテナ素子２ａ，２ｂの形状とこれらの間における隙間の形状とが一致しているため、アンテナの特性インピーダンスは一定となり、使用周波数に依存しない特徴を有するアンテナとなる。また、誘電体基板１をフッ素樹脂等の誘電率が低いものを用いて構成する場合、通気穴７ａ〜７ｆ等による誘電体基板１の基板形状の変化に伴う電気的影響は小さく、特性インピーダンスを一定に保つことが可能である。

また、航空機等の高度が変化して外気温が急激に変化することによりスパイラルアンテナ２等が収納されたアンテナケース部３内において急激な圧力変化さらには結露が生じるような場合であっても、このようなアンテナケース部３内部において生じた結露水等が誘電体基板１に形成した複数の通気穴７ａ〜７ｆ、補助の通気穴８、及びこれらに連通するアンテナケース部３に設けた外気穴９を通じてアンテナケース部３の内部から外部に排出され、これによってアンテナ諸特性の劣化を防止することができ、他の装置等と所望の通信を行うことができる。

以上のように、実施の形態１によるアンテナ装置によれば、第１のアンテナ素子２ａ及び第２のアンテナ素子２ｂとの間における誘電体基板１であって、スパイラルアンテナ２の中心部分に対して対称となる位置に複数の通気穴７ａ〜７ｆを設け、アンテナケース部３の第１及び第２のケースの嵌合する部分にこれら複数の通気穴７ａ〜７ｆと連通する外気穴を形成したので、外気温の急激な変化によりアンテナ等が収納された空間内において圧力変化さらには結露が生じるような場合であっても、このような空間内における結露水の滞留を抑制してアンテナ諸特性の劣化を防止することができる。

なお、実施の形態１では、第１のアンテナ素子２ａ及び第２のアンテナ素子２ｂとの間における誘電体基板１に通気穴を６つ設けたが、スパイラルアンテナ２の中心部分に対して対称となる位置に２つ以上設ければよく、これら通気穴の数は第１及び第２のアンテナ素子の寸法に併せて任意の数を設ければよい。通気穴の形状も任意な形状とすればよい。また、外気穴９はアンテナケース部３の第１及び第２のケースの嵌合する部分に設けているが、実施の形態１によるアンテナ装置の搭載状態やアンテナ装置が搭載された移動体の姿勢変化等を考慮して適宜設けてよく、例えば、航空機等に搭載される場合には、航空機の姿勢が変化してアンテナ装置の上下／左右等が変化するので、第１のケース３ａの誘電体基板１の下面に対向する部分、第２のケース３ｂの誘電体基板１の上面に対向する部分等、アンテナケース部３の任意の位置に外気穴９を形成することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について図４を用いて説明する。実施の形態１によるアンテナ装置では、アンテナケース部３内部において生じた結露水等をより確実にアンテナケース部３の外部に排出するように誘電体基板１の周縁部付近にも補助の通気穴８を設けるよう構成したが、アンテナ装置を搭載する航空機の使用目的、周辺環境によってはこのような補助の通気穴８を設けなくてもよい。図４は実施の形態２によるアンテナ装置のスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１を上面から見た様子を示す上面図である。
実施の形態２によるアンテナ装置の場合、アンテナケース部３内部において生じた結露水等が誘電体基板１に形成した複数の通気穴７ａ〜７ｆ及びこれらに連通するアンテナケース部３に設けた外気穴９を通じてアンテナケース部３の内部から外部に排出される。

一般的に、スパイラルアンテナ２を形成する誘電体基板１の寸法は、使用周波数帯域の下限周波数によって決定する。しかし、アンテナ素子の端部からの反射成分によりアンテナ諸特性が劣化してしまうため、通常は使用下限周波数よりも低い周波数で基板寸法設計を行い、この誘電体基板の面に沿ってアンテナ素子の全長が長くなるよう印刷技術等を用いて形成している。従って、誘電体基板１の周縁部には本来このような通気穴を設けるスペースはほとんどないのが現状であるが、実施の形態２によるアンテナ装置では、第１のアンテナ素子２ａ及び第２のアンテナ素子２ｂとの間における誘電体基板１であって、スパイラルアンテナ２の中心部分に対して対称となる位置に複数の通気穴７ａ〜７ｆを設けているので、誘電体基板１寸法を大きめに形成して通気穴を設けるスペースを確保する必要がない。

以上のように、実施の形態２によるアンテナ装置では、外気温の急激な変化によりアンテナ等が収納された空間内において圧力変化さらには結露が生じるような場合であっても、このような空間内における結露水の滞留を抑制してアンテナ諸特性の劣化を防止することができる。また、図４に示すように、誘電体基板１に形成する通気穴のスペースを誘電体基板に余分に設ける必要がないので、誘電体基板の寸法をスパイラルアンテナの使用下限周波数にあわせて設計することができ、さらに装置を小型化することができる。

実施の形態１によるアンテナ装置を示す分解構成図である。実施の形態１によるアンテナ装置の断面を示す断面構成図である。図１に示すスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１を上面から見た様子を示す上面図である。実施の形態２によるアンテナ装置のスパイラルアンテナ２が形成された誘電体基板１を上面から見た様子を示す上面図である。

符号の説明

１誘電体基板、２スパイラルアンテナ、２ａ第１のアンテナ素子、
２ｂ第２のアンテナ素子、３アンテナケース部、３ａ第１のケース、
３ｂ第２のケース、４同軸コネクタ、５整合回路、６給電線路、
７ａ〜７ｄ通気穴、８補助の通気穴、９外気穴。

Claims

誘電体基板と、この誘電体基板の上面にスパイラル状に形成された第１及び第２のアンテナ素子からなるスパイラルアンテナと、このスパイラルアンテナが形成された前記誘電体基板を収納するアンテナケース部と、このアンテナケース部の前記誘電体基板の下面側に設けられ、前記スパイラルアンテナの中心部分に位置する前記第１及び第２のアンテナ素子の端部に給電電力を供給する同軸コネクタと、前記スパイラルアンテナの中心部分に対して対称となる位置であって、前記第１及び第２のアンテナ素子の間における前記誘電体基板に形成された複数の通気穴と、前記アンテナケース部に形成され、前記複数の通気穴と連通して前記アンテナケース部の内部と外部との気圧差を抑制する外気穴とを備えたアンテナ装置。
前記複数の通気穴は、前記スパイラルアンテナの中心部分からの距離が離れるほど前記第１及び第２のアンテナ素子に沿う方向の寸法を長くした請求項１に記載のアンテナ装置。