JP2011009995A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電部の製作が比較的容易であり、特性が安定したアンテナ装置を実現する。
【解決手段】四角形の外形を有し、中心軸線の両側に交互に複数のエレメント１ａ〜１ｌが結合されている第１の中空導体１と、第１の中空導体と所定の距離だけ離間して平行に配置され、第１の中空導体とほぼ同一の外形を有し、中心軸線の両側に交互に複数のエレメント２ａ〜２ｌが結合されている第２の中空導体２と、第１の中空導体の内部に配置された同軸ケーブルとを具える。アンテナ装置の先端側に位置する給電部に接続導体６を配置し、同軸ケーブルの中心線と第２の中空導体とを電気的に接続する。接続導体は前記同軸ケーブルの中心線が係合するほぼ半円形の溝を有し、同軸ケーブルの中心線は、接続導体の半円形の溝内にハンダ付けにより結合する。給電部において不所望なリアクタンスの発生が防止され、特性が安定し製造上の歩留りが改善されたアンテナ装置が実現される。
【選択図】図１

Description

本発明は広帯域特性を有するアンテナ装置、特に対数周期ダイポールアンテナ（以下、「ログペリアンテナ」と称する）を構成するアンテナ装置に関するものである。

携帯電話の基地局を設置する際のサービスエリアを把握するため、或いはＢＳの中間周波数の漏れを調査するために、８００ＭＨｚ〜２．５ＧＨｚの広帯域をカバーできるアンテナ装置の開発が強く要請されている。このような広帯域に適したアンテナ装置として、ログペリアンテナが知られている。ログペリアンテナは、各エレメントが互いに対称的に配置された２つのアンテナパターンを有し、これら２つのアンテナパターンによりダイポールアンテナが形成されている。そして、アンテナ装置の先端側に給電部が設けられ、給電部において同軸ケーブルの中心線（芯線）が一方のアンテナパターンの主線路に接続され、同軸ケーブルの導体被覆は他方のアンテナパターンの主線路に接続されている。ログペリアンテナにおいては、給電部の製作精度によりアンテナ特性が変化し易く、特に同軸ケーブルの中心線の半田付けの仕方によって放射パターンが乱れる場合がある。従って、ログペリアンテナの製造の歩留りを高めるためには、給電部を高精度に製作することが極めて重要である。

ログペリアンテナの給電部の製作方法として、貫通孔が形成されている接続導体を用いて同軸ケーブルの中心線をアンテナパターンの主線路に接続する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この既知の接続方法では、アンテナ装置の先端部に、貫通孔が形成されている接続導体が配置され、誘電体基板の一方の表面上に配置された同軸ケーブルの中心線を接続導体の貫通孔内に挿入して半田付けが行われている。そして、接続導体の他方の側は誘電体基板の他方の表面上に配置された金属棒にネジ止めされている。
特開２００６−１５７８１２号公報

上述した特許文献に開示されたアンテナ装置では、同軸ケーブルの中心線を接続導体に形成された貫通孔に通してハンダ付けするため、貫通孔の周囲に電流路が形成される。このため、給電部においてリアクタンスが発生しリターンロスが生ずる課題が依然として生じている。また、同軸ケーブルの中心線を接続導体に形成した貫通孔を通してハンダ付けする場合、貫通孔の全周にわたって接続導体の表面上に盛り上がるようにハンダ付けされるため、盛り付けられたハンダ自身が不所望な電流路を形成し、リアクタンスが発生してしまう。また、盛り付けられたハンダの量にバラツキがあると、それだけでアンテナ特性が変化する不具合が発生する。さらに、均一なハンダ付けを行うためには、貫通孔の周囲にわたって均一に温める必要があり、作業時間が長くなる欠点もある。この場合、接続導体の温め方が不均一な場合、盛り付けられるハンダ量が部分的に不均一になり、アンテナ特性が変化してしまい、製造の歩留りが低下する欠点がある。

さらに、アンテナ装置の軽量化を図るため、接続導体をアルミニウムのようなハンダ付けしにくい金属材料で構成することが強く望まれている。この場合、接続導体のハンダ付けされる部分を金のようなハンダ付けし易い材料でメッキしてからハンダ付けする必要がある。しかしながら、接続導体に貫通孔を形成し、貫通孔内に同軸ケーブルの中心線を挿入してハンダ付けする方式の場合、形成される貫通孔の直径が小さいため、貫通孔の全周にわたって均一な厚さのメッキ層を形成することが困難であり、製造の歩留りが低下する不具合が生じてしまう。一方、メッキ層の厚さの精度を上げるため貫通孔の直径を大きくしようとすると、ハンダ付けされる部分を温めるために必要な時間が長くなり、作業性が低下する不具合が生じてしまう。

本発明の目的は、給電部の製作が比較的容易であり、特性が安定したアンテナ装置を実現することにある。

本発明によるアンテナ装置は、四角形の外形を有し、複数のエレメントが中心軸線の両側に交互に結合されている第１の中空導体と、
第１の中空導体と所定の距離だけ離間して平行に配置され、第１の中空導体とほぼ同一の外形を有し、複数のエレメントが中心軸線の両側に交互に結合されている第２の中空導体と、
前記第１の中空導体の内部に配置された同軸ケーブルと、
給電部に配置され、前記同軸ケーブルの中心線と第２の中空導体とを電気的に接続する接続導体とを具え、
前記第１及び第２の中空導体に結合された各エレメントは、前記第１及び第２の中空導体の中心線に対して対称に配置され、
前記接続導体は前記同軸ケーブルの中心線（芯線）が係合するほぼ半円形の溝を有し、同軸ケーブルの中心線は、接続導体の半円形の溝内にハンダ付けにより結合されていることを特徴とする。

本発明では、半円形の溝が形成されている接続導体を給電部に配置し、同軸ケーブルの中心線を接続導体の半円形の溝内にハンダ付けし、接続導体を介して第２の中空導体に電気的に接続しているので、給電部における不所望なリアクタンスの発生が有効に防止され、製造上の歩留りが改善されたアンテナ装置が実現される。
さらに、接続導体をアルミニウムのような軽量な金属材料で構成する場合であっても、半円形の溝の内周面には均一な厚さのメッキ層が形成されるので、アンテナ装置の軽量化と共に製造上の歩留りが改善される。

本発明によるアンテナ装置の全体構成を示す斜視図である。 給電部の構成を示す斜視図である。 第１及び第２の中空導体の中心軸線を含む面で切って示す断面図である。 同軸ケーブルの支持状態を示す断面図である。 接続導体に貫通孔を形成した場合と半円形の溝を形成した場合との電流路の形成状態を示す図である。

図１〜図４は本発明によるアンテナ装置の一例を示し、図１は全体構成を示す斜視図、図２は給電部の構成を示す斜視図、図３は２本の中空導体の中心軸線を含む面で切って示す断面図、及び図４は同軸ケーブル中心軸線と直交する面で切って示す線図的断面図である。本例では、本発明をログペリアンテナに適用した例について説明する。本例のログペリアンテナの素子数は、一例として１２個とする。アンテナ装置は、第１のアンテナパターンの主線路を構成する第１の中空導体１（図面上下側に位置する）と、第２のアンテナパターンの主線路を構成する第２の中空導体２（図面上上側に位置する）とを有する。第１の中空導体１と第２の中空導体２とは、所定の間隔をもって互いに平行に配置する。第１及び第２の中空導体１及び２は、四角形の外形を有する中空体で構成され、例えばアルミニウムのような軽量な金属材料で構成する。また、第１及び第２の中空導体は、互いに同一の外形を有する。尚、第１及び第２の中空導体１及び２は、保持部材（図示せず）により一体的に結合する。

第１の中空導体１には、先端側から後端側に向けてエレメントを構成する１２個のスタブ１ａ〜１ｌを設ける。１２個のスタブ１ａ〜１ｌは、第１の中空導体の中心軸線をはさんで両側に交互に設ける。同様に、第２の中空導体２にも１２個のスタブ２ａ〜２ｌを設け、これらスタブも第２の中空導体の中心軸線をはさんで両側に交互に設ける。これらスタブの長さ及び配置間隔は、先端側から後端側に向けて対数関数的に増加するように設定する。また、第１の中空導体に設けたスタブ１ａ〜１ｌと第２の中空導体に設けたスタブ２ａ〜２ｌは、中心軸線に対して対称的に配置する。従って、第１の中空導体に設けたスタブと第２の中空導体に設けた対応するスタブは、ログペリアンテナのダイポールアンテナ素子を構成する。

第１及び第２の中空導体にスタブを取り付ける方法として、例えばスタブの端部にネジを形成すると共に中空導体にネジ孔を形成してネジ止めすることができる。或いは、スタブにネジ孔を形成し、中空導体に貫通孔を形成し、中心軸線の反対側からネジ止めすることも可能である。

図３に示すように、第１の中空導体１の内部に同軸ケーブル３を配置する。同軸ケーブル３は、中心線（芯線）３ａと、中心線３ａを直接被覆するテフロン（登録商標）被覆３ｂと、テフロン（登録商標）被覆の外周を覆う導体被覆３ｃを有する（図４参照）。同軸ケーブル３の給電部側の端部は、支持金具４により位置決め支持する。

図３及び図４に示すように、支持金具４は、同軸ケーブルを保持するほぼ円筒形の第１の支持部分４ａと、中空導体の壁部に固定するためのプレート状の第２の支持部分４ｂとを有する。支持金具４は、例えばステンレススチールやリン青銅の薄いプレート材料、すなわち弾性変形可能な金属のプート材料で構成する。支持金具４の第１の支持部分の直径は保持される同軸ケーブルの外径よりも若干小さい直径に設定し、その弾性変形を利用して同軸ケーブルを嵌め込む。従って、支持金具の第１の支持部分４ａは同軸ケーブルを締結するように支持する。また、図４に示すように、第２の支持部分４ｂには２個のネジ孔を形成し、ネジ５ａ及び５ｂにより中空導体の壁部に固定される。この際、同軸ケーブルの中心線３ａの垂直方向の位置は、中空導体１と支持金具４により規定され、位置決めされる。また、同軸ケーブルの導体被覆３ｃは、導電性の支持金具４と２本のネジを介して第１の中空導体に電気的に接続される。

次に、給電部における同軸ケーブルの中心線と第２の中空導体との接続方法について説明する。本発明では、給電部に同軸ケーブルの中心線と第２の中空導体とを接続するための接続導体６を設ける。接続導体６は、例えばプレート状のアルミニウム板で構成し、同軸ケーブル３と対向する側に半円形の溝６ａを形成する。溝６ａの表面及びその周囲に金のメッキ層を形成する。そして、半円形の溝６ａ内に同軸ケーブルの中心線３ａの端部を係合し、ハンダ付けにより中心線を溝内に固定する。接続導体６の第２の中空導体２と接触する面にも金のメッキ層を形成し、ハンダ付けにより又は導電性の接着剤により固定する。

接続導体６を第２の中空導体の壁部に固定した際の半円形の溝６ａの位置は、支持金具４により位置決め支持された同軸ケーブルの中心線の垂直方向の位置と整合するように設定する。このように設定すれば、同軸ケーブルの中心線は接続導体６の表面に対してほぼ直交するように延在するため、不所望な応力が作用することなく、中心線３ａを接続導体６の半円形の溝６ａ内に係合させることができる。さらに、メッキ処理を行ってからハンダ付けを行う場合、半円形の溝の内周面上にほぼ均一なメッキ層が形成されるので、不所望なハンダの盛り上がりが形成される不具合が解消される。

図５は、給電部に配置した接続導体に貫通孔を形成した場合と半円形の溝を形成した場合の電流路の形成状態を説明するための図である。図５（Ａ）は接続導体に貫通孔を形成し、貫通孔内に中心線を挿入してハンダ付け固定した状態を示し、図５（Ｂ）は接続導体に半円形の溝を形成し、半円形の溝内に中心線を係合させてハンダ付け固定した状態を示す。尚、図５は、アンテナ装置の先端側から後端側を見た線図的平面図である。図５（Ａ）に示すように、接続導体１０に形成された貫通孔内に同軸ケーブルの中心線を挿入してハンダ付けした場合、貫通孔の全周にわたって金属の導体部分が存在する。このため、貫通孔の第２の中空導体とは反対側に導電性の領域１１が存在し、この領域に電流路が形成され（電流路を矢印の線で示す）、リアクタンスの発生要因となる。これに対して、図５（Ｂ）に示すように、半円形の溝内に中心線係合させてハンダ付けした場合、中心線の外周の一部が溝から外部に突出した状態でハンダ付けされる。このため、中心線の第２の中空導体とは反対側には導電性の領域が存在せず、不所望な電流路は形成されず、矢印で示す有効な電流路だけが形成される。この結果、不所望なリアクタンスの発生が有効に防止される。

１ 第１の中空導体
２ 第２の中空導体
３ 同軸ケーブル
４ 支持金具
５ａ，５ｂ ネジ
６ 接続導体
６ａ 半円形の溝

Claims (4)

1. 四角形の外形を有し、中心軸線の両側に交互に複数のエレメントが結合されている第１の中空導体と、
   第１の中空導体と所定の距離だけ離間して平行に配置され、第１の中空導体とほぼ同一の外形を有し、中心軸線の両側に交互に複数のエレメントが結合されている第２の中空導体と、
   前記第１の中空導体の内部に配置された同軸ケーブルと、
   給電部に配置され、前記同軸ケーブルの中心線と第２の中空導体とを電気的に接続する接続導体とを具え、
   前記第１及び第２の中空導体に結合された各エレメントは、前記第１及び第２の中空導体の中心線に対して対称に配置され
   前記接続導体は前記同軸ケーブルの中心線が係合するほぼ半円形の溝を有し、同軸ケーブルの中心線は、接続導体の半円形の溝内にハンダ付けにより結合されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、前記第１の中空導体の内部空間の給電部側の端部に、前記同軸ケーブルを位置決め支持する導電性材料の支持部材が配置され、
   前記同軸ケーブルは、その中心線が前記接続導体に対してほぼ垂直に交差するように前記支持部材により位置決め支持され、同軸ケーブルの導体被覆は前記支持部材を介して第１の中空導体に電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２に記載のアンテナ装置において、前記同軸ケーブルを位置決め支持する支持部材は、弾性変形可能な金属材料で構成され、同軸ケーブルの外周を保持する第１の支持部分と中空導体内壁面に固定されるプレート状の第２の支持部分とを有するΩ形状を有することを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１、２又は３に記載のアンテナ装置において、前記第１及び第２のアンテナエレメント群の各エレメントの長さ及び配置間隔は、先端側から後端側に向けて対数関数的に増加するように設定され、当該アンテナ装置はログペリアンテナを構成することを特徴とするアンテナ装置。

Images