JP2009225030A

JP2009225030A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JP2009225030A
Application number: JP2008066383A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Hoshino; 秀旭星野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-10-01

Abstract

【課題】薄型で、直交２編波を広帯域で送受信可能な平面アンテナを提供する。
【解決手段】十字型を呈する第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０の周囲を無給電素子３０で取り囲む。第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０には給電線１１から給電され、無給電素子３０には給電されない。これにより、平面アンテナは、第１のダイポールアンテナ１０と無給電素子３０によりダイポールアンテナＡとループアンテナＡを形成し、第２のダイポールアンテナ２０と無給電素子３０によりダイポールアンテナＢとループアンテナＢを形成することになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば通信装置及びレーダ装置等に用いられる平面アンテナに関する。

従来の技術では、直交２偏波を送受信する広帯域で使用可能な平面アンテナを製造する場合、放射素子が形成された基板に無給電素子が形成された複数の基板を積層していた（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１による平面アンテナでは、無給電素子と放射素子とを別々の基板に形成するため、基板を重ねる手間がかかる。また、複数の基板を重ねるため、重ねた基板の分だけアンテナが厚くなってしまう。

ところで、１偏波を送受信する平面アンテナでは、放射素子と無給電素子とを同じ基板の層で形成することにより、広帯域化を実現することができる（例えば、特許文献２参照）。これにより、特許文献２による平面アンテナでは、基板を重ねる必要がなくアンテナが厚くなることを避けることができる。しかしながら、この技術を直交２偏波を送受信する平面アンテナへ適応させることは不可能であった。
特開昭６３−１８９００２号公報特開平４−１５７９０５号公報

以上のように、従来の平面アンテナでは、広帯域信号の送受信を実現するためには、平面アンテナが厚くなってしまっていた。また、厚さを抑えたとしても、直交２編波の信号を送受信することができなかった。

本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、薄型で、直交２編波を広帯域で送受信可能な平面アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の平面アンテナは、平面基板に、互いに直交し、中央で交差するように形成された第１及び第２のダイポールアンテナと、前記平面基板に、前記第１及び第２のダイポールアンテナの周囲を環状に取り囲むように形成された無給電素子とを備える。

上記構成における平面アンテナは、平面基板に形成された第１のダイポールアンテナ、第２のダイポールアンテナ及び無給電素子を備える。このとき、第２のダイポールアンテナは、第１のダイポールアンテナに対して直交し、第１のダイポールアンテナと互いに中央で交差している。また、無給電素子は、第１及び第２のダイポールアンテナの周囲を環状に取り囲んできる。これにより、平面アンテナは、直交２偏波を送受信することが可能となる。また、平面アンテナは、２つの共振点を有することとなり、広帯域化が可能となる。

本発明によれば、薄型で、直交２編波を広帯域で送受信可能な平面アンテナを提供できる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る平面アンテナの実施の形態について詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る平面アンテナの構成を示す平面図である。図１は平面アンテナの表面を示し、図２は平面アンテナの裏面を示す。また、図３及び図４は、本発明の一実施形態に係る平面アンテナの断面を示す断面図である。図３は図１に示す平面アンテナのａ−ａ’断面の断面図を示し、図４は図１に示す平面アンテナのｂ−ｂ’断面の断面図を示す。

図１乃至図４における平面アンテナは、基板の裏面に、互いに直行し、中央で交差するように形成された第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０と、これら第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０の周囲を環状に取り囲むように形成された無給電素子３０とを備える。ここで、第２のダイポールアンテナ２０は第１のダイポールアンテナ１０に対して直交関係を有して交差しているため、第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０は、十字型を呈するようになっている。また、第１のダイポールアンテナ１０の中心点と第２のダイポールアンテナ２０の中心点とは一致している。

上記第１のダイポールアンテナ１０は、給電線１１と、給電線１１の両側に形成される略四角形形状の放射素子１２，１３とを備えている。放射素子１２，１３の幅は給電線１１よりも太く、給電線１１近傍で給電線１１の幅に合わせて細くなっている。図４に示すように、給電線１１は、給電点１４を有しており、給電点１４から放射素子１２，１３へ陽極又は陰極の電荷が負荷される。

上記第２のダイポールアンテナ２０は、基板の表面に形成される給電線２１と、給電線２１と接続して基板の裏面に形成される略六角形形状の放射素子２２，２３とを備えている。放射素子２２，２３は第１のダイポールアンテナ１０の両側に配置される。放射素子２２，２３の幅は、給電線２１よりも太く、給電線２１近傍で給電線２１の幅に合わせて細くなっている。ここで、放射素子２２の上端部から放射素子２３の下端部までの距離は、放射素子１２の左端部から放射素子１３の右端部の距離までの距離と同一である。給電線２１は、図３に示すように、基板の誘電体層４０を貫通して裏面に位置する放射素子２２，２３と接続している。また、給電線２１は、給電点２４を有しており、給電点２４から放射素子２２，２３へ陽極又は陰極の電荷が負荷される。

上記無給電素子３０は、正方形の角部が面取りされた形状をしている。無給電素子３０の幅は、直線部においては一定である。無給電素子３０は、第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０の中心点に対して点対称になるように形成されている。

以下、上記構成の平面アンテナの特性を説明する。

第１のダイポールアンテナ１０は、給電線１１から給電されると、放射素子１２，１３から電波を放射する。また、第２のダイポールアンテナ２０は、給電線２１から給電されると、放射素子２２，２３から電波を放射する。このとき、平面アンテナは、第１のダイポールアンテナ１０と無給電素子３０とにより、ダイポールアンテナＡとループアンテナＡとを形成する。また、平面アンテナは、第２のダイポールアンテナ２０と無給電素子３０とにより、ダイポールアンテナＢとループアンテナＢとを形成する。

図５及び図６は、本発明の一実施形態に係る平面アンテナの反射特性を示すグラフである。図５は垂直偏波の反射特性を示し、図６は水平偏波の反射特性を示す。図５及び図６における実線は無給電素子３０が存在する場合を示し、点線は無給電素子３０が存在しない場合を示す。

図５及び図６に示すように、無給電素子３０が存在することにより２つの共振点ができる。図５及び図６における比帯域は以下の式より得られる。
比帯域（％）＝｛（高周波−低周波）／（高周波＋低周波）｝×２００
ここでは、反射特性−１０ｄＢ以下の比帯域を求めたため、式における高周波数と低周波数とは、反射特性が−１０ｄＢとなる際の周波数のうち高周波のものと低周波のものである。垂直偏波における比帯域は、無給電素子３０が存在する場合は５２％であり、存在しない場合は１２％であった。また、水平偏波における比帯域は、無給電素子３０が存在する場合は５５％であり、存在しない場合は１２％であった。つまり、無給電素子３０が存在することによって、広帯域となったことがわかる。

以上のように、上記実施形態による平面アンテナは、両面基板に第１のダイポールアンテナ１０、第２のダイポールアンテナ２０及び無給電素子３０を備える。このとき、第２のダイポールアンテナ２０は、第１のダイポールアンテナ１０に対して直交し、交差しており、第１のダイポールアンテナと合わせて十字型を呈している。無給電素子３０は、第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０の周囲を環状に取り囲むように形成されている。ここで、第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０には給電線１１，２１から給電されるが、無給電素子３０には給電されない。これにより、平面アンテナは、直交２偏波を送受信することが可能となる。また、平面アンテナに、垂直偏波用のダイポールアンテナＢ及びループアンテナＢと、水平偏波用のダイポールアンテナＡ及びループアンテナＡとが形成されることとなる。つまり、平面アンテナは、直交２偏波についてそれぞれ２つの共振点を有することになる。２つの共振点を有することにより、平面アンテナにおいて反射特性が−１０ｄＢ以下となる垂直偏波及び水平偏波の比帯域は、それぞれ５０％を超える。

したがって、本発明の平面アンテナは、薄型であり、直交２編波を広帯域で送受信することができる。

また、平面アンテナの製造過程では、両面基板の導体層をエッチングすることにより、給電線１１，２１、放射素子１２，１３，２２，２３及び無給電素子３０を形成する。これにより、複数の基板を重ねる等の工数も削減でき、また複数の基板を使わなくてもすむようになる。

したがって、本発明の平面アンテナは、薄型化かつ低価格化が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では無給電素子３０の形状が正方形である例について説明したが、正方形に限定される必要はなく、例えば図７に示すように円形である場合であっても同様に実施可能である。

また、上記実施形態では無給電素子３０を第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０の中心点に対して点対称となるように形成する例について説明したが、図８に示すように中心点に対して点対称とならない場合であっても実施可能である。

また、上記実施形態では、第１及び第２のダイポールアンテナ１０，２０の長さが同一である例について説明したが、ダイポールアンテナの長さは異なっていても実施可能である。この際、垂直偏波と水平偏波とで反射特性が同一とならないため、平面アンテナの使用は、垂直偏波と水平偏波とが同一の特性を有する必要がない場合に限られる。

また、放射素子１２，１３，２２，２３の形状は、上記実施形態における形状に限定されるものではない。

さらに、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。

本発明の一実施形態に係る平面アンテナの表面図。本発明の一実施形態に係る平面アンテナの裏面図。図１の平面アンテナの断面図。図１の平面アンテナの断面図。図１の平面アンテナの反射特性を示すグラフ。図１の平面アンテナの反射特性を示すグラフ。本発明の一実施形態に係る平面アンテナの平面図例。本発明の一実施形態に係る平面アンテナの平面図例。

符号の説明

１０…第１のダイポールアンテナ
１１，２１…給電線
１２，１３，２２，２３…放射素子
１４，２４…給電点
２０…第２のダイポールアンテナ
３０…無給電素子
４０…誘電体層

Claims

平面基板に、互いに直交し、中央で交差するように形成された第１及び第２のダイポールアンテナと、
前記平面基板に、前記第１及び第２のダイポールアンテナの周囲を環状に取り囲むように形成された無給電素子と
を備えることを特徴とする平面アンテナ。
前記第１及び第２のダイポールアンテナは、それぞれ同一の長さであり、かつ、同一の中心点を備え、
前記無給電素子は、前記第１及び第２のダイポールアンテナの周囲を前記中心点に対して点対称となるように取り囲むことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ。