JP2007088864A

JP2007088864A - アンテナ

Info

Publication number: JP2007088864A
Application number: JP2005275752A
Authority: JP
Inventors: Katsuiku Takagiwa; 克育高際
Original assignee: Anten Corp
Current assignee: Anten Corp
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】不要放射を抑えることができる電磁結合アンテナを提供する。
【解決手段】スロット１３を設けた地導体板１２、前記地導体板１２に略平行な平板状の放射素子、及び、前記スロット１３と交差する給電線路を備え、前記給電線路に高周波信号を供給することによって前記スロット１３を励振し、前記スロット１３と前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、同軸ケーブル３０で構成した前記給電線路を、前記地導体板１２に接するように設け、前記同軸ケーブルの先端はシールド層が除去されており、前記同軸ケーブル３０は、前記シールド層が除去された箇所において前記スロット１３と交差することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、平面アンテナに関し、特に給電線路がスロットと電磁結合するアンテナに関する。

従来、図６に示すように、銅箔付き第１誘電体基板１の表面側にスロット５と、該第１誘電体基板１の裏面側にマイクロストリップライン３を形成した励振回路とを設けた地導体板４と、矩形形状の放射素子７を設けた第２誘電体基板２とを設けた平面アンテナがある。このような平面アンテナは、該第２誘電体基板２をスロット５の上部に設けて、放射素子７と励振回路とを電磁結合させるスロット結合給電方式によって動作している（Aperture Coupled Microstrip Antenna）。この給電方式は、放射素子と給電線路が独立した構造であり、アレイ化で必要となる合成分配回路と給電回路とを容易に共用することができることが特徴である。

このアンテナは、まず、スロット５が直交するマイクロストリップライン３によって励振される。地導体板４の上面に保持された放射素子７と励振されたスロット５との間で結合が生じ、放射素子７も励振されることによってアンテナとして動作する。

前述した従来のアンテナは、スロット５を設けた地導体板４と放射素子７とを電磁結合させるために、放射素子７側にも誘電体基板２を用いる。そして、放射素子７が設けられた誘電体基板２は、地導体板４が設けられた誘電体基板１に接着される。また、誘電体基板２を用いなくても、地導体板１１と放射素子２０との間に発泡材やハニカム材等を設け、これらを接着して固定する必要がある。従って、従来のアンテナは、誘電体基板を使用したり、誘電体基板を接着するため、アンテナの価格が高くなる問題があった。

また、マイクロストリップライン３を用いるので、給電回路からの不要放射が生じやすいという問題があった。

本発明は、不要放射を抑えることができる電磁結合アンテナを提供することを目的とする。

第１の発明は、スロットを設けた地導体板、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子、及び、前記スロットと交差する給電線路を備え、前記給電線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、同軸ケーブルで構成した前記給電線路を、前記地導体板に接するように設け、前記同軸ケーブルの先端はシールド層が除去されており、前記同軸ケーブルは、前記シールド層が除去された箇所において前記スロットと交差することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記同軸ケーブルのシールド層が除去された箇所は、略４分の１波長の長さであることを特徴とする。

第３の発明は、第１から第２の発明において、前記同軸ケーブルは、前記地導体板との距離が一定でなく配置されることを特徴とする。

本発明では、マイクロストリップラインを用いず、同軸ケーブルによって直接給電するので、マイクロストリップ給電によって発生する不要放射を抑えることができる。また、同軸ケーブルの中心導体とスロットとの間の距離を変化させることによって、インピーダンス整合性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のアンテナの外観図であり、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は右側面図である。図２は、本発明の第１の実施の形態のアンテナの裏面図である。

第１の実施の形態のアンテナは、誘電体基板１０、同軸ケーブル３０及び同軸コネクタ４０によって構成されている。

誘電体基板１０の裏面には地導体板１２が設けられる。地導体板１２は誘電体基板１０の略全面に設けられた導体パターンによって構成する。なお、誘電体基板１０の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板に設けられた金属パターンによって放射素子１１及び地導体板１２を構成してもよい。

また、地導体板１２にはスロット１３が設けられる。スロット１３は、その箇所だけ地導体板１２の導体パターンを除去して構成する。

誘電体基板１０の表面には放射素子１１が設けられる。放射素子１１は誘電体基板１０の中央部に設けられた導体パターンによって構成する。放射素子１１は、スロット１３の上部に、地導体板１２と略並行に設けられる。これによって、スロット１３と放射素子２０とが電磁結合する。なお、本実施の形態では放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。

また、誘電体基板１０の裏面には、スロット１３と直交する同軸ケーブル３０が設けられる。同軸ケーブル３０は、地導体板１２の端部から地導体板１２の中央部（地導体板１２の中央上部に設けられた放射素子１１の略中央部、すなわち、スロット１３を超えた位置）に延伸して配置される。なお、同軸ケーブル３０の中心導体と地導体板１２とは直流的には接続されていない。

同軸ケーブル３０の端部には同軸コネクタ４０が取り付けられている。また、同軸ケーブル３０の一方の端部は、略４分の１波長の長さで、シールド層が除去され、中心導体が電気的に露出している（３１）。そして、同軸ケーブル３０は、同軸ケーブルの中心導体露出部３１において、スロット１３と交差している。

スロット１３と同軸ケーブル３０は、スロット１３の中央部で交差することが望ましいが、スロット１３の端部で交差してもよい。また、スロット１３と同軸ケーブル３０の交差角は直角でなくてもよい。

第１の実施の形態では、図２に示すように、スロット１３を１本の直線形状としたが、２本の直線を交差させてもよい。この場合、スロット１３を構成する２本の直線各々と同軸ケーブル３０の中心導体露出部３１とが交差する必要がある。

また、スロットは場所によって太さを変えてもよい。例えば、両端部が太く、中央部が細い、いわゆるドッグボーンスロットとしてもよい。

同軸ケーブル３０は、中心導体露出部３１に隣接した同軸コネクタ４０側において、外皮が除去され、シールド層が露出している（３２）。シールド層露出部３２は、地導体板１２と直流的に接続されている。この接続には、シールド層露出部３２と地導体板１２とのハンダ付け、又はシールド層露出部３２上部からの金属バンドによる地導体板１２への締結を用いることができる。

以上説明したように、第１の実施の形態では、マイクロストリップラインを用いず、同軸ケーブル３０とスロット１３とを電磁的に結合させて、同軸ケーブル３０によって直接給電する。すなわち、マイクロストリップラインによるスロット励振方法ではなく、同軸線路によるスロット励振方法を採用する。よって、マイクロストリップラインから発生する不要放射を抑えることができる。また、同軸コネクタ４０とマイクロストリップラインとの変換構造が不要となり、アンテナを安価にすることができる。また、マイクロストリップラインを用いないので、誘電体基板の使用量を低減することができ、アンテナを安価にすることができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの外観図であり、（Ａ）は表面図、（Ｂ）は正面図である。図４は、本発明の第２の実施の形態のアンテナの裏面図である。

第２実施形態のアンテナは、地導体板２０及び放射素子２１によって構成されている。

地導体板２０は金属板等の導体板によって構成する。なお、金属板の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板の表面に設けた金属パターンによって地導体板２０を構成してもよい。

地導体板２０にはスロット２３が設けられる。スロット２３は、その箇所だけ地導体板２０の導体を除去して構成する。

地導体板２０のスロット２３の上部には放射素子２１が設けられる。放射素子２１は金属板等の導体板によって構成する。なお、金属板の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板の表面に設けた金属パターンによって放射素子２１を構成してもよい。これによって、スロット２３と放射素子２０とが電磁結合する。なお、本実施の形態では放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。

放射素子２１の中央部には支持棒２２が設けられる。支持棒２２は、絶縁体を用いるとよいが、導体を用いてもよい。

支持棒２２に導体を用いると、放射素子２１と地導体板２０とは、支持棒２２によって直流的に接続される。なお、図３に示すように放射素子２１が四角形の場合、支持棒２２は、放射素子２１の中央に設けるとよいが、放射素子２１の辺のうちスロット２３が延伸する方向の辺の中央部に設けてもよい。

また、地導体板２０の裏面には、スロット２３と直交する同軸ケーブル３０が設けられる。同軸ケーブル３０は、地導体板２０の端部から地導体板２０の中央部（地導体板２０の中央上部に設けられた放射素子２１の略中央部、すなわち、スロット２３を超えた位置）に延伸して配置される。このため、同軸ケーブル３０の中心導体と地導体板２０とは直流的には接続されていない。

同軸ケーブル３０の端部には同軸コネクタ４０が取り付けられている。また、同軸ケーブル３０の一方の端部は、略４分の１波長の長さで、シールド層が除去され、中心導体が電気的に露出している（３１）。そして、同軸ケーブル３０は、同軸ケーブルの中心導体露出部３１において、スロット２３と交差している。

スロット２３と同軸ケーブル３０は、スロット２３の中央部で交差することが望ましいが、スロット２３の端部で交差してもよい。また、スロット２３と同軸ケーブル３０の交差角は直角でなくてもよい。

第１の実施の形態では、図２に示すように、スロット２３を１本の直線形状としたが、他の形状としてもよい。

同軸ケーブル３０は、中心導体露出部３１に隣接した同軸コネクタ４０側に、外皮が除去され、シールド層が露出している（３２）。シールド層露出部３２は、金属バンド２４によって地導体板２０に締結され、地導体板２０と直流的に接続されている。金属バンド２４と地導体板２０との締結は、ネジ止めの他、金属バンド２４をハンダ付けする等によって固定してもよい。

すなわち、同軸ケーブル３０に供給された高周波信号は、スロット２３を励振し、されに放射素子２１を励振する。励振された放射素子２１では、スロット２３と直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。よって、ダイポールアンテナの中央部（放射素子２１のスロット２３と直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２１の中央部において、放射素子２１と地導体板２０とを短絡しても、放射素子２１上の電圧分布は変化しない。

以上説明したように、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態の効果に加え、地導体板２０及び放射素子２１を板状の導体によって構成するので、アンテナに誘電体を用いる必要がなく、アンテナを安価に構成することができる。

また、支持棒２２の長さを変えることによって、地導体板２０と放射素子２１との高さ方向の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに容易に整合させることができ、アンテナ設計の自由度が向上する。

また、放射素子２１を金属板によって構成するので、アンテナを軽量かつ安価に構成することができる。

（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態のアンテナのインピーダンス整合方法の説明図であり、（Ａ）は左側面図、（Ｂ）は（Ａ）の破線円内の拡大図である。

第３の実施の形態では、同軸ケーブル３０は、地導体板１０との距離が一定でないように配置されている。具体的には、同軸ケーブル３０の中心導体露出部３１の先端が、地導体板１０から離れるように配置されている。この同軸ケーブル３０の先端の離れ具合によって、スロット２３と同軸ケーブル３０との結合インピーダンスを変化させることができる。

なお、同軸ケーブル３０は先端が地導体板１０から浮いた状態で、接着剤等で固定するとよい。

以上説明したように、第３の実施の形態では、前述した第１又は第２の実施の形態の効果に加え、同軸ケーブルの中心導体とスロットの間の距離を容易に変化させることができるので、アンテナのインピーダンスを容易に調整することができる。

本発明に係るアンテナは、携帯電話システム等の移動体通信システムの基地局に使用すると好適である。また、本実施の形態のアンテナを複数並べるアレイアンテナに用いると好適である。

本発明の第１実施形態のアンテナの外観図である。本発明の第１実施形態のアンテナの裏面図である。本発明の第２実施形態のアンテナの外観図である。本発明の第２実施形態のアンテナの裏面図である。本発明の第３実施形態のアンテナのインピーダンス整合方法の説明図である。従来のアンテナの分解斜視図である。

符号の説明

１０誘電体基板
１１放射素子
１２地導体板
１３スロット
２０金属板
２１放射素子
２２支持棒
２３スロット
３０同軸ケーブル
３１中心導体露出部
３２シールド層露出部
４０同軸コネクタ

Claims

スロットを設けた地導体板、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子、及び、前記スロットと交差する給電線路を備え、
前記給電線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
同軸ケーブルで構成した前記給電線路を、前記地導体板に接するように設け、
前記同軸ケーブルの先端はシールド層が除去されており、
前記同軸ケーブルは、前記シールド層が除去された箇所において前記スロットと交差することを特徴とするアンテナ。
前記同軸ケーブルのシールド層が除去された箇所は、略４分の１波長の長さであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記同軸ケーブルは、前記地導体板との距離が一定でなく配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。