JP2012028968A

JP2012028968A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2012028968A
Application number: JP2010164674A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Suda; 保須田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】設置場所の自由度を向上させることができるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１０は、下層導体１１と、誘電体層１２と、中心導体１３と、誘電体層１４と、上層導体１５とが順次積層された構成を有し、中心導体１３は、下層導体１１と上層導体１５との中間層にストリップ線路で構成され、信号を入力する入力部１３ａと、信号を出力する出力部１３ｂと、を備え、上層導体１５には電磁波を放射するスロット１６が設けられ、スロット１６は、スロット間隔Ｐで配置された構成を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、地上波デジタル放送の電波を放射するアンテナ装置に関する。

近年、携帯電話や携帯端末等の大半は、ワンセグ放送の受信機能を搭載しており、地上波デジタル放送が受信できるようになっている。ワンセグ放送は、微弱電波の範囲であれば無免許で自主放送できるので、独自の放送内容を宣伝や広報活動として利用する社会的な要求が高まっている。現状では、モノポールアンテナ等を使ってワンセグ放送の微弱電波を送信して自主放送が行われている。しかしながら、この構成では、ワンセグ放送を受信できる範囲がモノポールアンテナ等から半径１ｍ程度に制限される。そこで、漏洩同軸ケーブルを使ってワンセグ放送の受信領域を線状に広げることが試みられている。

漏洩同軸ケーブルを用いた送信システムでは、漏洩同軸ケーブルの設置空間上の制約を受けるので、この制約を軽減することを考慮した技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１に開示されたものは、漏洩同軸ケーブルを折り返し構造とし、並行に二つの漏洩同軸ケーブルを設置することで通信領域の電界強度の平坦度を改善するものである。

特許文献２に開示されたものは、漏洩同軸ケーブルの終端側からＯＦＤＭ変調波の振幅、周波数、位相、遅延時間のいずれかを変動させて、ＯＦＤＭ復調時の時間インターリーブ効果を利用して受信場所率の向上を図るものである。

特許文献３に開示されたものは、漏洩同軸ケーブルの終端部で信号を反射させて線路上に進行波及び反射波を共存させることで、通信領域の改善を図るものである。

特開平９−２０００９８号公報特開２００８−２９５０９９号公報特開２００６−２７０７６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものでは、漏洩同軸ケーブルのケーブル長が二倍となって設置空間も二倍以上必要となるので、設置場所の自由度を向上させることができないという課題があった。

また、特許文献２及び３に開示されたものは、漏洩同軸ケーブル内に流れる信号に対する工夫で通信領域の改善を図ったものではあるが、漏洩同軸ケーブルの形状に関して改善したものではなく、設置場所の自由度を向上させることができないという課題があった。

特に、ワンセグ放送の送信アンテナとして従来の漏洩同軸ケーブルを適用しようとすると、漏洩同軸ケーブルの直径が５ｃｍ程度となってしまうので、設置できる場所が制限されるという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、設置場所の自由度を向上させることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、第１の導電板と、前記第１の導電板の面上に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上において一の方向に延びるストリップ線路で形成された第２の導電板と、前記第２の導電板上に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層上に設けられ、電磁波を放射するスロットが前記第２の導電板に沿って予め定められた間隔で形成された第３の導電板と、を備え、前記スロットは、前記第３の導電板において前記スロットの長辺が前記第２の導電板を跨ぐ位置に形成されたものである構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、平行平板構造により薄型平面化を図ることができるので、テーブルの天板の表面又は裏面や床上に設置することが容易となる。したがって、本発明のアンテナ装置は、設置場所の自由度を向上させることができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記第２の導電板が、ミアンダ状のストリップ線路で形成されたものである構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、スロットがより高密度に配置されるので、スロットの一部が障害物で塞がれても放射指向性の乱れを比較的小さく抑えることができ、送信路が断たれることがない。したがって、本発明のアンテナ装置は、設置場所の自由度を向上させるとともに、より安定した電波の放射を行うことができる。

さらに、本発明のアンテナ装置は、前記第２の導電板が、地上デジタル放送の信号を入力する入力部と、前記地上デジタル放送の信号を出力する出力部と、を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、設置場所の自由度を向上させるとともに、地上デジタル放送の電波を送信することができる。

本発明は、設置場所の自由度を向上させることができるという効果を有するアンテナ装置を提供することができるものである。

漏洩同軸ケーブルを模式的に示した図である。漏洩同軸ケーブルを無限配列アンテナとした場合における電界強度の説明図である。各波源からの放射が等位相波面を形成する場合の説明図である。 λ／Ｐと放射角θとの関係を示すグラフである。本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態における構成図である。本発明に係るアンテナ装置のストリップ線路をモデル化した断面図である。平行平面板の間隔と線路幅との関係を示すグラフである。平行平面板の間隔と遮断周波数との関係を示すグラフである。本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態における構成図である。

本発明の実施形態について説明する前に、漏洩同軸ケーブルの基本的特性について説明する。

一般に同軸ケーブルの外導体に、長さ方向に周期的にスロットを設けて電波を漏らす構造としたものを漏洩同軸ケーブルという。図１は、交互斜めスロット配列と呼ばれる漏洩同軸ケーブルを模式的に示したものである。

図１において、漏洩同軸ケーブル１は、直径ｄの中心導体２、直径Ｄの外導体３、外導体３に設けられたスロット４を有する。図示のＰはスロット間隔、δはスロット傾斜角を示す。スロット４は、使用する周波数の波長λに比べて外導体３の直径Ｄが十分に小さい（Ｄ／λ＜０．１２）場合には、共振を起こしにくく、周波数特性が広帯域となる。

ここで、図１に示した漏洩同軸ケーブル１を図２に示すように無限配列アンテナとして考える。スロット面に発生する電界強度Ｅは、外部導体に流れる電流をＩとすると、［数１］で表される。

電界強度Ｅのケーブル軸方向成分Ｅｚは［数２］で表される。

電界強度Ｅのケーブル円周方向成分Ｅφは［数３］で表される。

つまり、スロット傾斜角δに応じて電界強度Ｅを制御できる。同様に電界強度Ｅはスロットの長さＬによっても制御できる。

次に、図２に示した無限配列アンテナにおける電磁波の伝搬方向を調べるため、同一の強度の各波源から放射された電磁波がθ方向に伝搬する場合を考える（図３）。図３に示すように、各波源からの放射が等位相波面を作るには、［数４］に示す関係が成立する必要がある。但し、ｎ＝０、±１、±２、・・・、ｋ＝２π／λ（λ：自由空間波長）であり、［数４］の左辺第１項及び第２項はそれぞれ波源Ｓ_ｉ＋１及びＳ_ｉの位相を示している。

つまり、Ｅ_ｚは［数５］で表される。但し、ｍ＝２ｎ（ｎ＝０、±１、±２、・・・）、β_ｇ＝２π／λ_ｇ（λ_ｇ：ケーブル内波長）、υはケーブルの波長短縮率（λ_ｇ＝υλ）である。

また、Ｅ_φは［数６］で表される。但し、ｍ＝２ｎ＋１（ｎ＝０、±１、±２、・・・）である。

［数５］のθ_ｚ，ｍと、［数６］のθ_φ，ｍとをまとめると［数７］が得られる。但し、ｍ＝０、±１、±２、・・・である。

［数７］において［数８］に示す条件の場合は、θ_ｍは実数とならず表面波モードで動作する。

一方、［数７］において［数９］に示す条件の場合は、θ_ｍは実数となり放射波モードで動作する。

なお、ｍが奇数なら電界がφ方向、偶数なら電界がｚ方向となる。

漏洩同軸ケーブルでの使用周波数帯域は、［数７］においてｍ＝−１のときの条件となり、［数１０］で表される。

地上デジタル放送の周波数帯において、同軸線路の波長短縮率υを０．９とすると放射角θがマイナスの領域となるのは、スロット間隔Ｐが、波長λに対して概ね０．３λから０．５λの範囲に制約を受ける。放射角θがゼロとなると各スロットからの反射が同相となりＶＳＷＲが無限大となるため、通常は、放射角θがゼロを跨がないように設計する。地上デジタル放送の周波数帯で計算するとスロット間隔Ｐは３０ｃｍ程度となる。このλ／Ｐに対する放射角θを計算したグラフを図４に示す。

（第１実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。以下の説明では、本発明のアンテナ装置を、地上デジタル放送のワンセグ放送の送信アンテナ装置に適用した例を挙げる。

まず、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態における構成について説明する。

図５に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、下層導体１１、誘電体層１２、中心導体１３、誘電体層１４、上層導体１５が積層されており、いわゆるトリプレート構造として形成されている。

中心導体１３は、下層導体１１と上層導体１５との中間層に形成されている。この中心導体１３は、アンテナ装置１０の長手方向に沿って延びるストリップ線路で構成され、信号を入力する入力部１３ａと、信号を出力する出力部１３ｂと、を備えている。入力部１３ａには、ワンセグ放送の信号送信機が接続され、出力部１３ｂには、通常、終端抵抗が接続される。

上層導体１５には電磁波を放射するスロット１６が中心導体１３の延在する方向に沿ってスロット間隔Ｐで設けられている。スロット１６は、図１で示した交互斜めスロット配列となっており、スロット１６の長辺が中心導体１３を跨ぐ位置に形成されている。

（設計例）
本実施形態におけるアンテナ装置１０をワンセグ放送のアンテナ装置に適用する場合、図５に示した形状において構成要素の各寸法を適宜設計できる。以下に設計例を示す。
（１）アンテナ装置１０の長辺寸法：１０００ｍｍ〜２０００ｍｍ
（２）アンテナ装置１０の短辺寸法：２５０ｍｍ
（３）誘電体層１２、１４の各厚さ：１ｍｍ
（４）誘電体層１２、１４の各比誘電率：３．０
（５）中心導体１３の線路幅：１．２ｍｍ
（６）スロット１６の長さ：４０ｍｍ
（７）スロット１６の幅：３ｍｍ
（８）スロット１６の間隔Ｐ：２５０ｍｍ

次に、本実施形態におけるアンテナ装置１０の下層導体１１と上層導体１５との間隔の決定方法の一例について以下に説明する。

図６は、アンテナ装置１０のストリップ線路をモデル化した断面図である。図６に示したモデルは、下層導体５、誘電体層６、上層導体７、ストリップ線路８を含む。ここで、下層導体５と上層導体７との間隔をｂ、誘電体層６の比誘電率をε_ｒとしている。

図６において、ストリップ線路８のインピーダンスＺ_ｃは、［数１１］に示す近似式で表される。

比誘電率ε_ｒ＝３．０、インピーダンスＺ_ｃ＝５０Ωとし、これらを［数１１］に代入すると、図７に示すように、間隔ｂに対する線路幅Ｗが得られる。

一方、ストリップ線路８を伝播するＴＥ波の遮断周波数ｆ_ｃは［数１２］で得られる。

この［数１２］に図７に示したグラフ値をあてはめて計算すると、図８に示すように、間隔ｂに対する遮断周波数ｆ_ｃが得られる。

図８において、地上デジタル放送の上限周波数である７７０ＭＨｚを上限の遮断周波数ｆ_ｃとすると、間隔ｄは３０ｍｍ程度以下にする必要がある。７７０ＭＨｚは波長λ＝３９０ｍｍであるので、３０ｍｍの間隔ｄは約１／１３波長に相当する。この場合、地上デジタル放送の下限周波数である４７０ＭＨｚ（λ＝６３８ｍｍ）では、３０ｍｍの間隔ｄは約１／２１波長に相当する。

図５に示したように、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、平面状に構成されている。したがって、アンテナ装置１０は、テーブルの天板の表面又は裏面や床上に設置することが容易となる。テーブルの天板等に設置する場合、上記３０ｍｍよりもさらに薄型化を図り、間隔ｄを例えば８ｍｍ程度とするのが好ましい。この間隔ｄの場合、地上デジタル放送の周波数帯での波長では約１／５０波長以下に相当する。

以上のように、本実施形態におけるアンテナ装置１０によれば、平行平板構造により薄型平面化を図ることができるので、テーブルの天板の表面又は裏面や床上に設置することが容易となる。したがって、本発明のアンテナ装置１０は、設置場所の自由度を向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態における構成について説明する。

図９に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置２０は、第１実施形態におけるアンテナ装置１０（図５参照）に対し、中心導体２１に係る構成が異なっている。したがって、中心導体２１に係る構成について説明し、第１実施形態の説明と重複する構成の説明は省略する。

中心導体２１は、第１実施形態と同様に、下層導体１１と上層導体１５との中間層に形成されている。この中心導体２１は、信号を入力する入力部２１ａと、信号を出力する出力部２１ｂと、を備えている。中心導体２１は、ストリップ線路がミアンダ（meander）状に形成されたものである。アンテナ装置２０の長手方向に沿った中心導体２１の直線部分には、スロット２２がその直線部分を跨ぐ位置にスロット間隔Ｐで形成されている。

本実施形態におけるアンテナ装置２０は、中心導体２１を構成するストリップ線路がミアンダ状に形成されているので、第１実施形態のアンテナ装置１０に対してスロット間隔を例えば半分以下にすることができる。

以上のように、本実施形態におけるアンテナ装置２０によれば、中心導体２１をミアンダ状に形成したのでスロット２２がより高密度に配置されることとなり、スロット２２の一部が利用者の荷物や手足等の障害物で塞がれても放射指向性の乱れを比較的小さく抑えることができ、送信路が断たれることがない。したがって、本発明のアンテナ装置２０は、設置場所の自由度を向上させるとともに、より安定した送信を行うことができる。

以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、設置場所の自由度を向上させることができるという効果を有し、地上波デジタル放送の電波を放射するアンテナ装置、無線ＬＡＮのアンテナ装置、ＲＦＩＤのアンテナ装置等として有用である。

１０、２０アンテナ装置
１１下層導体（第１の導電板）
１２誘電体層（第１の誘電体層）
１３、２１中心導体（第２の導電板）
１３ａ、２１ａ入力部
１３ｂ、２１ｂ出力部
１４誘電体層（第２の誘電体層）
１５上層導体（第３の導電板）
１６、２２スロット

Claims

第１の導電板と、前記第１の導電板の面上に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層上において一の方向に延びるストリップ線路で形成された第２の導電板と、前記第２の導電板上に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層上に設けられ、電磁波を放射するスロットが前記第２の導電板に沿って予め定められた間隔で複数形成された第３の導電板と、を備え、
前記スロットは、前記第３の導電板において前記スロットの長辺が前記第２の導電板を跨ぐ位置に形成されたものであることを特徴とするアンテナ装置。
前記第２の導電板は、ミアンダ状のストリップ線路で形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第２の導電板は、地上デジタル放送の信号を入力する入力部と、前記地上デジタル放送の信号を出力する出力部と、を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。