JP2013145961A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイソレーション特性が良好でかつ小型なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】矩形状の導体板を複数のセグメントに分割し、セグメントの複数を除去し残存したセグメントからなる導体パターンが形成された導体部３と、導体部３の角部に設けられた給電部４と、を備え、表面で右旋円偏波を、裏面で左旋円偏波を送受信する平面アンテナ素子２を２つ有し、２つの平面アンテナ素子２を同一平面上に左右方向に整列させて配置し、左側の平面アンテナ素子２を、その表面Ｓが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が左下の位置にくるように配置し、右側の平面アンテナ素子２を、その裏面Ｒが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が右下の位置にくるように配置した。
【選択図】図１

Description

本発明は、円偏波を送受信するアンテナ装置に関するものである。

従来より、直交する円偏波（右旋円偏波と左旋円偏波）に対応するために、右旋円偏波を送受信するアンテナ素子と、左旋円偏波を送受信するアンテナ素子の２つのアンテナ素子を用いたアンテナ装置が知られている。

このアンテナ装置では、２つのアンテナ素子を平面上に並べて配置するために大きな設置スペースが必要であり、装置の小型化の観点から問題があった。

そこで、特許文献１，２では、異なる周波数帯または同一周波数帯の右旋、左旋円偏波を送受信する２つのアンテナ素子を複合したアンテナ装置が提案されている。特許文献１，２のように２つのアンテナ素子を複合することにより、装置の小型化が可能となる。

特開２０１０−１６１４３６号公報 特開２００９−１９４８５０号公報 特開平３−６９０３号公報 特開平９−３０７３５０号公報 特開２００６−２２２８４８号公報

しかしながら、上述の２つのアンテナ素子を複合したアンテナ装置では、２つのアンテナ素子が非常に近接して配置されているため、２つのアンテナ素子間で送受信する電波が互いに影響し合い、アイソレーション特性が劣化してしまうという問題がある。特に、同一周波数帯の２つのアンテナ素子を用いる場合は、アイソレーション特性の劣化が大きく（アイソレーションが低く）なる。アイソレーション特性が劣化すると、挿入損失Ｓ２１が大きくなるなど様々な不具合が発生するため、アイソレーション特性が良好でかつ小型なアンテナ装置が望まれる。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、同一周波数帯の円偏波を送受信する２つのアンテナ素子を用いたアンテナ装置において、アイソレーション特性が良好でかつ小型なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、上下方向に延びる平行な２辺と左右方向に延びる平行な２辺を有する矩形状の導体板を、上下方向と左右方向に複数に等分して複数のセグメントに分割し、該セグメントの複数を除去し残存したセグメントからなる導体パターンが形成された導体部と、該導体部の上下方向および左右方向の端部である角部に設けられた給電部と、を備え、表面で右旋円偏波を、裏面で左旋円偏波を送受信する平面アンテナ素子を２つ有し、該２つの平面アンテナ素子を同一平面上に左右方向に整列させて配置し、左側の前記平面アンテナ素子を、その表面が正面側を向くように配置すると共に、前記給電部が左下の位置にくるように配置し、右側の前記平面アンテナ素子を、その裏面が正面側を向くように配置すると共に、前記給電部が右下の位置にくるように配置したアンテナ装置である。

前記２つの平面アンテナ素子間の距離を、送受信する電波の波長の１／８以上としてもよい。

本発明によれば、アイソレーション特性が良好でかつ小型なアンテナ装置を提供できる。

本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の正面図である。 図１のアンテナ装置を１８０度回転させた正面図である。 図１のアンテナ装置のＳ２１特性を示すグラフ図である。 図１のアンテナ装置において、２つの平面アンテナ素子間の距離を１５ｍｍとしたときの右旋円偏波、左旋円偏波の利得の特性を示す図である。 ２つの平面アンテナ素子間の距離を１５ｍｍとした場合において、図１のアンテナ装置と、給電位置を変更した比較例のアンテナ装置のＳ２１特性を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係るアンテナ装置の正面図である。

図１に示すように、アンテナ装置１は、表面Ｓで右旋円偏波を、裏面Ｒで左旋円偏波を送受信する平面アンテナ素子２を２つ有している。これら２つの平面アンテナ素子２は、全く同じ構成のものである。

平面アンテナ素子２は、上下方向に延びる平行な２辺と左右方向に延びる平行な２辺を有する矩形状の導体板を、上下方向と左右方向に複数に等分して複数のセグメントに分割し、該セグメントの複数を除去し残存したセグメントからなる導体パターンが形成された導体部３と、導体部３の上下方向および左右方向の端部である角部に設けられた給電部４と、を備えている。

本実施の形態では、正方形状の導体板を用い、導体板を上下方向と左右方向に２０等分して４００のセグメントに分割し、アンテナ設計シミュレータを用いて、所望のアンテナ特性が得られるように除去するセグメント（つまり導体部３の導体パターンの形状）を決定した。本実施の形態では、無線ＬＡＮ用に用いられる２．５ＧＨｚ帯の円偏波を送受信できるように、図１に示す通りの形状に導体部３を形成した。なお、導体部３の設計方法やアンテナ設計シミュレータについては、特許文献５に詳しく記載されているため、ここでは説明を省略する。

給電部４には、同軸ケーブルで給電を行うことが好ましい。同軸ケーブルで給電を行うことで、低損失の給電が可能となり、放射効率の低下を防ぐことができる。

さて、本実施の形態に係るアンテナ装置１では、２つの平面アンテナ素子２は、同一平面上に左右方向に整列させて配置され、左側の平面アンテナ素子２ａを、その表面Ｓが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が左下の位置にくるように配置し、右側の平面アンテナ素子２ｂを、その裏面Ｒが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が右下の位置にくるように配置している。

つまり、両平面アンテナ素子２ａ，２ｂは、縦方向に延びる中心軸Ａを中心として１８０°回転対称に配置され、かつ同一平面上に配置される。左側の平面アンテナ素子２ａは、正面側で右旋円偏波を送受信し、右側の平面アンテナ素子２ｂは、正面側で左旋円偏波を送受信するように配置されることになる。

なお、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂを、両者を配置する平面内で１８０度回転させると、図２のようになるが、これは図１のアンテナ装置１と全く同じものである。つまり、本発明のアンテナ装置１は、左側の平面アンテナ素子２ｂを、その裏面Ｒが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が左上の位置にくるように配置し、右側の平面アンテナ素子２ａを、その表面Ｓが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が右上の位置にくるように配置したもの、と換言することもできる。

２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂ間の距離Ｌは、送受信する電波の波長λの１／８以上とされる。これは、距離Ｌがλ／８未満であると、両平面アンテナ素子２ａ，２ｂが接近し過ぎ、アイソレーション特性が劣化してしまうためである。本実施の形態に係るアンテナ装置１では、２．５ＧＨｚ帯の電波を送受信するため、Ｌ≧１５ｍｍとされる。

ここで、アンテナ装置１における２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂ間の距離Ｌについて検討する。

２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂ間の距離Ｌを１５ｍｍ、３０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍ、１２０ｍｍと変化させて挿入損失Ｓ２１を測定した。測定結果を図３に示す。

図３に示すように、アンテナ装置１では、周波数２．５ＧＨｚの近傍で挿入損失Ｓ２１が−３０ｄＢ以下と低くなっており、使用周波数帯である２．５ＧＨｚ帯でアイソレーションが十分にとれていることが分かる。なお、図示していないが、距離Ｌを１５ｍｍ未満とすると、挿入損失Ｓ２１が増加してアイソレーション特性が劣化するので、距離Ｌは１５ｍｍ以上（つまりλ／８以上）とする必要がある。

距離Ｌを１５ｍｍとしたときのアンテナ装置１の右旋円偏波、左旋円偏波の利得の特性を図４に示す。図４に示すように、アンテナ装置１は、アンテナとして十分に動作していることが分かる。

次に、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂの給電位置について検討する。

図５に、本発明のアンテナ装置１と、給電位置を変更した比較例のアンテナ装置のＳ２１特性を示す。凡例の括弧内に示すハイフンで区切った２つの数字は、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂの給電位置を表しており、ハイフンの左側の数字が左側（つまり正面側で右旋円偏波を送受信する側）の平面アンテナ素子２ａの給電位置、ハイフンの右側の数字が右側（つまり正面側で左旋円偏波を送受信する側）の平面アンテナ素子２ｂの給電位置を表している。

給電位置を表す１〜４の数字のそれぞれは、１が左下、２が右下、３が右上、４が左上を表している。本発明のアンテナ装置１は、左側の平面アンテナ素子２ａの給電位置が左下、右側の平面アンテナ素子２ｂの給電位置が右下なので、１−２と表される。なお、例えば、給電位置を１−１とした場合、正面と反対側から見ると給電位置は２−２となるため、１−１と２−２は実質的に同じであり、このような実質的に同じ給電位置はまとめて示している。

図５に示すように、本発明のアンテナ装置１は、２．５ＧＨｚ帯での挿入損失Ｓ２１が約−４０ｄＢ程度と低く、アイソレーションが十分にとれているが、給電位置を変更した比較例のアンテナ装置では、いずれも２．５ＧＨｚ帯での挿入損失Ｓ２１が約−２２ｄＢ以上と高く、アイソレーションが十分にとれていないことが分かる。

なお、比較例のアンテナ装置においても、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂ間の距離Ｌを大きくすれば、アイソレーションを高くすることが可能である。しかし、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂ間の距離Ｌを１５ｍｍ（λ／８）としても高アイソレーションを維持できるのは、本発明のアンテナ装置１のみである。

以上説明したように、本実施の形態に係るアンテナ装置１では、表面で右旋円偏波を、裏面で左旋円偏波を送受信する２つの平面アンテナ素子２を同一平面上に左右方向に整列させて配置し、左側の平面アンテナ素子２ａを、その表面Ｓが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が左下の位置にくるように配置し、右側の平面アンテナ素子２ｂを、その裏面Ｒが正面側を向くように配置すると共に、給電部４が右下の位置にくるように配置している。

このように構成することで、同一周波数帯の円偏波を送受信する２つのアンテナ素子２ａ，２ｂをλ／８と短い間隔で配置しても、アイソレーション特性が良好なアンテナ装置１を実現でき、アンテナ装置１を小型化することが可能になる。なお、本実施の形態では言及しなかったが、ガラスエポキシやテフロン（登録商標）などの誘電体を使用し、誘電体の波長短縮効果を利用してさらなる小型化を図ることも可能である。

また、本発明のアンテナ装置１では、正面側とその反対側の両方で右旋、左旋の両方の円偏波を送受信可能である。

さらに、本発明のアンテナ装置１では、各平面アンテナ素子２ａ，２ｂの表面Ｓで送受信する右旋円偏波と裏面Ｒで送受信する左旋円偏波を用いて偏波ダイバーシチが可能であることに加え、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂ間で高アイソレーションを実現できるため、２つの平面アンテナ素子２ａ，２ｂによるスペースダイバーシチも可能になる。

本発明のアンテナ装置１は、例えば、室内での反射による円偏波の旋回方向の変化に対応可能なリピータ（中継器）の受信用ダイバーシチアンテナ装置として用いることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ アンテナ装置
２ 平面アンテナ素子
３ 導体部
４ 給電部

Claims (2)

1. 上下方向に延びる平行な２辺と左右方向に延びる平行な２辺を有する矩形状の導体板を、上下方向と左右方向に複数に等分して複数のセグメントに分割し、該セグメントの複数を除去し残存したセグメントからなる導体パターンが形成された導体部と、該導体部の上下方向および左右方向の端部である角部に設けられた給電部と、を備え、表面で右旋円偏波を、裏面で左旋円偏波を送受信する平面アンテナ素子を２つ有し、
   該２つの平面アンテナ素子を同一平面上に左右方向に整列させて配置し、
   左側の前記平面アンテナ素子を、その表面が正面側を向くように配置すると共に、前記給電部が左下の位置にくるように配置し、
   右側の前記平面アンテナ素子を、その裏面が正面側を向くように配置すると共に、前記給電部が右下の位置にくるように配置した
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記２つの平面アンテナ素子間の距離を、送受信する電波の波長の１／８以上とした
   請求項１記載のアンテナ装置。

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