JP2009010458A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁波を効率的にアンテナに導くことにより、電磁波のロスを低減する。
【解決手段】誘電体基板１には、第１の面に給電線路２が配設されている。接地導体板３は、誘電体基板１の第２の面上に配設されており、給電線路２と直行する方向に延在するスリット４が形成されている。誘電体ブロック５は、スリット４を塞ぐように、接地導体板３に取り付けられている。一対のシールドケース７，８は、誘電体ブロック５の一部を外部に露出させた状態で、誘電体基板１および接地導体板３を両側より狭持する。この場合、誘電体基板側に配置されるシールドケース８に、誘電体ブロック５の軸方向に垂直な断面形状と対応した断面形状の凹部８ａによって構成される空間が、誘電体ブロック５と位置的に対応して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

例えば、特許文献１には、衛星通信用、地上通信用などのアンテナ装置が開示されている。このアンテナ装置は、誘電体基板と、スロットが設けられた接地導体板と、支持用誘電体とを主体に構成されている。誘電体基板は、その第１の面に接地導体板が設けられており、第１の面の反対側の第２の面にストリップ導体が設けられている。柱形状の支持用誘電体は、接地導体板のスロットを覆うように設けられており、その上面には、放射導体が設けられている。このアンテナ装置によれば、ストリップ導体に電磁波を供給すると、接地導体板に設けられたスロットを介して放射導体板が励起されて電磁波が放射される。
特開平８−３０７１４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、ストリップ導体からの電磁波が、支持用誘電体方向（上方向）のみならず、下方向へも放射される。そのため、放射導体板から放射される電磁波の強度が弱くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電磁波を効率的にアンテナに導くことにより、電磁波のロスを低減することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、平板状の誘電体基板と、給電線路と、平板状の接地導体板と、誘電体ブロックと、シールドケースとを有するアンテナ装置を提供する。ここで、給電線路は、誘電体基板の第１の面に配設されている。接地導体板は、第１の面と対向する誘電体基板の第２の面上に配設されており、給電線路の延在方向と直行する方向に延在するスリット状の開口が形成されている。誘電体ブロックは、スリット状の開口を塞ぐように、接地導体板に取り付けられている。一対のシールドケースは、誘電体ブロックの一部を外部に露出させた状態で、誘電体基板および接地導体板を両側より狭持する。この場合、一対のシールドケースは、誘電体基板側に配置されるシールドケースに、誘電体ブロックの軸方向に垂直な断面形状と対応した断面形状の凹部によって構成される空間が、誘電体ブロックと位置的に対応して形成されている。

また、本発明において、誘電体ブロックは、円柱形状を有することが好ましい。

また、本発明において、誘電体ブロックは、上面形状が、中心軸を頂点とする凸形状を有することが望ましい。

また、本発明において、誘電体ブロックは、上面の少なくとも一部が斜め方向にカットされて構成されていることが好ましい。

本発明によれば、広範囲かつ高い利得のアンテナ装置を実現することができるとともに、シールドケースに形成された空間により、給電線路からの電磁波を反射させて、誘電体ブロック側に導くことができるので、電磁波のロスを低減し、その強度を高めることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す分解斜視図である。アンテナ装置は、誘電体基板１と、接地導体板３と、誘電体ブロック５と、一対のシールドケース７，８とを主体に構成されている。

誘電体基板１は、略矩形状を有する平板状の誘電体で構成される基板であり、その下面（第１の面）には、基板の長手方向に直線状に延在する給電線路２が配設されている。この給電線路２は、例えば、マイクロストリップ路線であり、電磁波の給電路として機能する。誘電体基板１は、その長手方向の端部が、誘電体ブロック５の形状に合わせて、略半円形状に設定されている。

接地導体板３は、略矩形状を有する平板であり、誘電体基板１上に配設される。この接地導体板３は、誘電体基板１と形状的に対応している。

接地導体板３は、帯状の矩形領域と、この矩形領域の長手端部に一体形成された半円領域とで構成されている。矩形領域は、その幅が、誘電体基板１の幅（短手方向の幅）と対応して設定されている。幅広領域と、半円領域との境目には、給電線路２の延在方向と直行する方向に延在するスリット形状の開口（以下、単に「スリット」という）４が形成されている。接地導体板３は、自身に形成されたスリット４に対し、誘電体基板１の給電線路２が電気的に結合するように、給電線路２と対向する面、すなわち、誘電体基板１の上面（第２の面）に配設されている。

図２は、本実施形態にかかるアンテナ装置を模式的示す上面図である。なお、同図では、図示の便宜上、その一部の部材が簡略的にまたは省略して描かれている。同図に示すように、スリット４は、誘電体基板１の給電線路２と交差するように設定されている。このスリット４は、その長さ（長手方向の幅）を電磁波の半波長に設定することが好ましいが、アンテナ効率の観点から、実験やシミュレーションを通じてその最適値を設定してもよい。

なお、この接地導体板３は、誘電体基板１の幅よりも小さな幅で給電線路２に沿って延在する帯状の矩形領域と、スリット４が形成され、かつ、誘電体ブロックの外周形状と対応した領域とで構成されていれば足りる。例えば、接地導体板３としては、帯状の矩形領域と、その端部に一体形成される円領域とからなる鍵穴形状などでもよい。

誘電体ブロック５は、誘電体からなるブロックであり、本実施形態では円柱形状を有している。誘電体ブロック５は、その軸方向に直行する断面の長さ（直径）を、接地導体板３のスリット４の長さよりも短い値に設定することもできるが、アンテナ性能に鑑みれば、その直径よりも長い値に設定することが好ましい。本実施形態では、誘電体ブロック５の直径は、接地導体板３の半円領域における最大幅（直径）と概ね対応している。誘電体ブロック５は、接地導体板３に形成されたスリット４を塞ぐように、スリット４を中心として接地導体板３に取り付けられている。

図３は、本実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す長手方向の断面図であり、図４は、本実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す短手方向の断面図である。個々の断面図は、誘電体ブロック５の中心軸をそれぞれ切断するように、その断面領域が設定されている。一対のシールドケース７，８は、誘電体基板１および接地導体板３を両側より狭持しており、電磁波が主として誘電体ブロック５から放射されるように、電磁波の発散を防御する機能を担っている。一対のシールドケース７，８は、接地導体板３側に配置される第１のシールドケース７と、誘電体基板１の第１の面（下面）側に配置される第２のシールドケース８とを有している。

第１のシールドケース７には、図１に示すように、誘電体ブロック５の一部を外部に露出させるための第１の開口７ａが形成されている。この第１の開口７ａは、誘電体ブロック５の外形と形状的に対応しており、円形状を有している。

第２のシールドケース８は、その部材を貫通しない範囲で凹状に設定された凹部８ａが形成されている。この凹部８ａは、誘電体ブロック５と位置的に対応して形成されており、その断面形状は、誘電体ブロック５の軸方向に垂直な断面形状と対応している。したがって、誘電体ブロック５の下方には、この凹部８ａによって構成される空間が形成されることとなる。また、第２のシールドケース８には、誘電体基板１およびその上に配設された接地導体板３を配設するための第１の溝部８ｂが形成されており、この第１の溝部８ｂには、誘電体基板１の第１の面に配設された給電線路２に対応して延在する第２の溝部８ｃが形成されている。

このような構成のアンテナ装置は、外部の通信回路から給電線路２に電磁波が入力される。給電線路２に入力された電磁波は、給電線路２上を進行して、スリット４を介して誘電体ブロック５に給電される。誘電体ブロック５に給電された電磁波は、この誘電体ブロック５を介して放射される。また、空間を伝搬してきた電磁波は、誘電体ブロック５および給電線路２を介して、外部の通信回路に入力される。

このように本実施形態によれば、給電線路２上を進行する電磁波を、スリット４を介して誘電体ブロック５に給電し、誘電体ブロック５に給電された電磁波が、この誘電体ブロック５を介して放射される。すなわち、外部の通信回路から入力された電磁波は、スリットアンテナ（スロットアンテナ）的な作用と、誘電体アンテナ的な作用とによって外部に放射されることとなる。スリットアンテナは、広範囲なエリアに電磁波を放射することができるという長所を有するものの、利得が低いという短所がある。しかしながら、本実施形態に示すように、スリットアンテナ的な作用と、誘電体アンテナ的な作用とを組み合わせることにより、広範囲に対応可能で、かつ、高い利得を得ることができるアンテナ装置を実現することができる。

また、本実施形態によれば、誘電体ブロック５の下方に、第２のシールドケース８に形成された凹部８ａによって、空間が形成されている。この空間により、給電線路２からの電磁波を反射させて、上方に導き、誘電体ブロック５を介して放射させることができる。そのため、発散される電磁波を抑制することで、電磁波のロスを低減し、放射される電磁波の強度を高めることができる。また、凹部８ａ（空間）の断面形状を誘電体ブロック５の断面形状と対応させることにより、反射した電磁波を無駄なく誘電体ブロック５へ導くことができる。例えば、凹部８ａの断面形状を誘電体ブロック５よりも小さく設定した場合には、空間の直径が小さい分、位相がずれて電波の放射効率が落ちてしまう。これに対して、凹部８ａの断面形状を誘電体ブロック５よりも大きく設定した場合には、誘電体ブロック５以外にも電磁波を導いてしまい、誘電体ブロック５から放射される電磁波の効率が悪くなる。なお、凹部８ａの深さは、誘電体ブロック５から放射される電磁波の効率が高くなるように、実験やシミュレーションを通じてその最適値を設定することが好ましい。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す側面図である。この第２の実施形態にかかるアンテナ装置が第１の実施形態のそれと相違する点は、誘電体ブロックの形状である。なお、誘電体ブロック５以外の構成は、第１の実施形態と同じであるため、その詳細な説明は省略する。本実施形態にかかる誘電体ブロック５ａは、図５に示すように、その上面形状が、上方に向かって凸形状となっている。この凸形状は、誘電体ブロック５ａの中心軸を頂点とする格好となっており、凸レンズ形状となっている。

かかる構成によれば、その上面形状により、放射される電磁波の位相を揃えることができるので、その利得を一層高めることができる。

なお、誘電体ブロック５ａの上面形状は、凸レンズ形状に限定されず、その中心軸を頂点とする凸形状であればよく、例えば、円錐形状であってもよい。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す側面図である。この第３の実施形態にかかるアンテナ装置が第１の実施形態のそれと相違する点は、誘電体ブロックの形状である。なお、誘電体ブロック５以外の構成は、第１の実施形態と同じであるため、その詳細な説明は省略する。本実施形態にかかる誘電体ブロック５ｂは、その上面が斜め方向にカットされて構成されている。

かかる構成によれば、上面を斜め方向にカットすることにより、軸方向における高さが相対的に低くなり、当該部位の利得が低くなる。そのため、特定方向、具体的には、カット面から放射される電磁波の方向を弱めることができ、放射される電磁波に指向性を持たせることが可能となる。

なお、上述した各実施形態では、誘電体ブロック５に円柱形状を採用しているが、本発明はこれに限定されず、四角柱形状などを採用することができる。ただし、誘電体ブロック５に円柱形状を採用した場合には、四角柱形状などと比較して、反射した電磁波を効率的に誘電体ブロック５へ導くことができ、高利得を実現することができる。

第１の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す分解斜視図 第１の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的示す上面図 第１の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す長手方向の断面図 第１の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す短手方向の断面図 第２の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す側面図 第３の実施形態にかかるアンテナ装置を模式的に示す側面図

符号の説明

１ 誘電体基板
２ 給電線路
３ 接地導体板
４ スリット
５ 誘電体ブロック
５ａ 誘電体ブロック
５ｂ 誘電体ブロック
７ 第１のシールドケース
７ａ 第１の開口
８ 第２のシールドケース
８ａ 凹部
８ｂ 第１の溝部
８ｃ 第２の溝部

Claims (4)

1. アンテナ装置において、
   平板状の誘電体基板と、
   前記誘電体基板の第１の面に配設された給電線路と、
   前記第１の面と対向する前記誘電体基板の第２の面上に配設されており、前記給電線路の延在方向と直行する方向に延在するスリット状の開口が形成された平板状の接地導体板と、
   前記スリット状の開口を塞ぐように、前記接地導体板に取り付けられている誘電体ブロックと、
   前記誘電体ブロックの一部を外部に露出させた状態で、前記誘電体基板および前記接地導体板を両側より狭持する一対のシールドケースとを有し、
   前記一対のシールドケースは、前記誘電体基板側に配置されるシールドケースに、前記誘電体ブロックの軸方向に垂直な断面形状と対応した断面形状の凹部によって構成される空間が、前記誘電体ブロックと位置的に対応して形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記誘電体ブロックは、円柱形状を有することを特徴とする請求項１に記載されたアンテナ装置。
3. 前記誘電体ブロックは、上面形状が、中心軸を頂点とする凸形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載されたアンテナ装置。
4. 前記誘電体ブロックは、上面の少なくとも一部が斜め方向にカットされて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載されたアンテナ装置。

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