JP2014022925A - アンテナ装置およびアレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ装置全体の高さを増加させることなく、導体部１２と接地導体ＧＮＤによって形成されるアンテナの広帯域化を可能にするアンテナ装置を得る。
【解決手段】導体部１１及び導体部１３間に導体部１２が設けられる構造なので、接地導体ＧＮＤに対する導体部１１の高さ、及び接地導体ＧＮＤに対する導体部１３の高さに影響を与えることなく、接地導体ＧＮＤに対する導体部１２の高さを調整することができる。
よって、接地導体ＧＮＤから導体部１３までのアンテナ装置全体の高さを増加させることなく、接地導体ＧＮＤに対する導体部１２の高さを調整して、比帯域を広く設定することができ、導体部１２と接地導体ＧＮＤによって形成されるＭＳＡの広帯域化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、比較的近接する２つの周波数帯で動作可能な２周波共用アンテナ装置等のアンテナ装置およびアレーアンテナ装置に関する。

２つの周波数帯で動作するアンテナ装置として、従来、部分的に内円を短絡した非励振素子付きリングパッチアンテナと、当該パッチアンテナの励振素子と同一平面上に別のリングパッチアンテナを内包したアンテナ装置が開示されている（特許文献１参照）。

図９に、従来技術によるアンテナ装置９０の概略図を示す。
図９（ａ）は複合アンテナ９０を上から見た正面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ´における断面図を示している。
図９において、アンテナ装置９０は、裏面に接地導体ＧＮＤが設けられた誘電体基板９４ａと、誘電体基板９４ａの表面に円板形状の導体部９２で形成された円形パッチアンテナと、円形パッチアンテナの外周側に円形パッチアンテナを内包するよう形成された導体部９１と、誘電体基板９４ａの表面と対向する位置に設けられた円板形状の誘電体基板９４ｂと、誘電体基板９４ｂの表面に導体部９１と非接触に設けられ導体部９１と相似形状を有する円環形状の導体部９３と、導体部９１と接地導体ＧＮＤを部分的に短絡する連結導体９７ａ〜９７ｄと、導体部９１と導体部９３を部分的に短絡する連結導体９７ｆ〜９７ｈと、導体部９１と導体部９２に同軸給電線路９９ａ，９９ｂを通じてそれぞれ適切な高周波信号を供給する給電回路９８とで構成されている。
なお、導体部９２と接地導体ＧＮＤにより、ＭＳＡ（Micro Strip Antenna）が形成され、導体部９１，９３及び連結導体９７ａ〜９７ｈにより、ＰＳＡ（Partially Shorted Antenna）が形成される。

特開２０１２−５４９１７号公報

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、以下のような課題があった。
導体部９２と接地導体ＧＮＤにより形成されるＭＳＡを広帯域化する一つの方法として、接地導体ＧＮＤに対する導体部９２の高さを、帯域が広くなる高さに配置されるように調整する方法がある。
しかし、導体部９１，９２が同一平面に設けられ、導体部９３が前記平面から所定間隔空けて設けられるので、接地導体ＧＮＤに対する導体部９２の高さを、帯域が広くなる高さに配置されるように調整した場合に、接地導体ＧＮＤから導体部９３までのアンテナ装置全体の高さが増加する。

本発明は、アンテナ装置全体の高さを増加させることなく、第２の導体部と接地導体によって形成されるアンテナの広帯域化を可能にするアンテナ装置を得ることを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、接地導体と、接地導体に隔てて設けられた第１の導体部と、第１の導体部に対して接地導体と異なる側に設けられた第２の導体部と、第２の導体部に対して接地導体と異なる側に設けられ、第１の導体部の非励振素子となる第３の導体部と、第１の導体部の内周側周縁部の一部及び接地導体を連結する第１の連結導体と、第１の導体部の内周側周縁部の一部及び第３の導体部を連結する第２の連結導体と、第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に、第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部とを備えたものである。

本発明によれば、第１の導体部及び第３の導体部間に第２の導体部が設けられるので、接地導体に対する第１の導体部の高さ、及び接地導体に対する第３の導体部の高さに影響を与えることなく、接地導体に対する第２の導体部の高さを調整することができる。
よって、アンテナ装置全体の高さを増加させることなく、第２の導体部と接地導体によって形成されるアンテナの広帯域化が可能となる効果がある。

本発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態１による導体部に一対の切り欠きを設けたアンテナ装置を示す概略図である。 従来の導体部に一対の切り欠きを設けたアンテナ装置を示す概略図である。 接地導体から導体部までの高さの波長に対する割合をｔとした場合の正面方向における軸比特性が３ｄＢ以下となる比帯域％のシミュレーション結果を示す特性図である。 本発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す概略図である。 本発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す概略図である。 従来のアンテナ装置を示す概略図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるアンテナ装置の概略図である。
図１（ａ）はアンテナ装置１０の概略図を上から見た正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の一点鎖線Ａ−Ａ´における断面図を示している。
図１において、アンテナ装置１０は、接地導体ＧＮＤの上方に導体部（第１の導体部）１１が設けられ、導体部１１の上方に導体部（第２の導体部）１２が設けられ、導体部１２の上方に導体部（第３の導体部）１３が設けられる。
接地導体ＧＮＤは、円板形状を有しており、導体部１１〜１３は、接地導体ＧＮＤと同心の環状形状を有している。
積層方向から見て、導体部１２は、導体部１１に内包されるように設けられる。

連結導体（第１の連結導体、第３の連結導体）１７ａ〜１７ｄは、導体部１１の内周側周縁部と接地導体ＧＮＤを部分的に短絡する。
連結導体（第２の連結導体、第４の連結導体）１７ｅ〜１７ｈは、導体部１１の内周側周縁部と導体部１３を部分的に短絡する。
また、連結導体１７ａ〜１７ｄ及び連結導体１７ｅ〜１７ｈは、導体部１２の中心を基準として対称な位置に配置される。
給電回路（給電部）１８は、導体部１１に同軸給電線路１９ａを通じて、また、導体部１２に同軸給電線路１９ｂを通じて、それぞれ適切な高周波信号を供給する。
導体部１２と接地導体ＧＮＤにより、ＭＳＡが形成され、導体部１１，１３及び連結導体１７ａ〜１７ｈにより、ＰＳＡが形成される。
なお、導体部１３は、導体部１１の非励振素子とすることで、ＰＳＡをより広帯域にする。

図１に示したアンテナ装置１０の効果について、従来技術と比較して説明する。
評価のために、図２に、図１に示したアンテナ装置１０において、導体部１２に円偏波を励振させる一対の切り欠き１２ａ，１２ｂを設けたアンテナ装置２０を示す。
比較のために、図３に、従来のアンテナ装置９０において、誘電体基板９４ａ，９４ｂの誘電率を１とし、導体部９２に一対の切り欠き３２ａ，３２ｂを設けたアンテナ装置３０を示す。

図４に、接地導体ＧＮＤに対する導体部１２の高さｔを使用周波数における波長λの割合で表した場合の、正面方向における軸比特性が３ｄＢ以下となる比帯域％のシミュレーション結果４１を示す。
図４のシミュレーション結果４１で分かるように、高さｔが０．０３λから０．０５λに変化するのに従い、比帯域が０．７％から１．７％に増加する。
図３に示した従来のアンテナ装置３０におけるｔは０．０３λであり、比帯域は０．７％と、１％に満たない。
ここで、図３に示した従来のアンテナ装置３０は、導体部９１，９２が同一平面に設けられ、導体部９３が前記平面から所定間隔空けて設けられる構造なので、比帯域を増加させるために、接地導体ＧＮＤに対する導体部９２の高さｔを増加させた場合に、接地導体ＧＮＤから導体部９３までのアンテナ装置全体の高さが増加する。

これに対して、図２に示したアンテナ装置２０では、導体部１１及び導体部１３間に導体部１２が設けられる構造なので、接地導体ＧＮＤに対する導体部１１の高さ、及び接地導体ＧＮＤに対する導体部１３の高さに影響を与えることなく、接地導体ＧＮＤに対する導体部１２の高さを調整することができる。
よって、接地導体ＧＮＤから導体部１３までのアンテナ装置全体の高さを増加させることなく、接地導体ＧＮＤに対する導体部１２の高さｔを、例えば、０．０５λに調整して、比帯域を１．７％に設定することができ、導体部１２と接地導体ＧＮＤによって形成されるＭＳＡの広帯域化が可能となる。

以上のように、本実施の形態１によれば、導体部１１及び導体部１３間に導体部１２が設けられる構造なので、接地導体ＧＮＤから導体部１３までのアンテナ装置全体の高さを増加させることなく、導体部１２と接地導体ＧＮＤによって形成されるＭＳＡを広帯域化することができる。

また、導体部１２を環状形状にしたので、小型化できると共に、ＭＳＡ及びＰＳＡ間の影響を低減することができる。

さらに、図２のアンテナ装置２０では、導体部１２に一対の切り欠き１２ａ，１２ｂを設けたので、ＭＳＡでは円偏波を励振させることができる。
なお、導体部１２の他、導体部１１に一対の切り欠きを設けても良く、この場合、ＭＳＡ及びＰＳＡでは円偏波を励振させることができる。

さらに、連結導体１７ａ〜１７ｄ及び連結導体１７ｅ〜１７ｈは、導体部１２の中心を基準として対称な位置に配置したので、ＰＳＡの軸比特性を向上させることができる。

なお、図１に示したアンテナ装置１０の構成は、図９の従来技術に示したアンテナ装置９０のように、各導体部を誘電体基板により支えられる構成ではないが、各導体部を絶縁体で形成されるスペーサにより支えるようにすれば良い。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２によるアンテナ装置の概略図である。
図５において、アンテナ装置５０は、給電回路１８から導体部１２の円偏波を励振可能な所定の位置に同軸給電線路１９ｂ，１９ｃを通じて、高周波信号を供給する。
その他の構成については、図１と同様である。
なお、図５（ｂ）では、本来、同軸給電線路１９ｃは示されないものであるが、説明を分かりやすくするため示した。

以上のように、本実施の形態２によれば、導体部１２が、円偏波を励振可能な所定の位置に２点の給電点を設けたので、ＭＳＡでは円偏波を励振させることができる。
なお、導体部１２の他、導体部１１の円偏波を励振可能な所定の位置に２点の給電点を設けても良く、この場合、ＭＳＡ及びＰＳＡで円偏波を励振させることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３によるアンテナ装置の概略図である。
図６において、アンテナ装置６０は、導体部１２の上方に、概ね同一の形状の導体部（第４の導体部）６２を配置し、適切にその大きさを調整して、導体部１２の非励振素子とする。
その他の構成については、図１と同様である。

以上のように、本実施の形態３によれば、導体部１２の非励振素子となる導体部６２を備えたので、ＭＳＡはより広帯域な特性を得ることができる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４によるアンテナ装置の概略図である。
図７において、アンテナ装置７０は、図１に示したアンテナ装置１０において、連結導体１７ａ〜１７ｈを除去した構成である。

以上のように、本実施の形態４によれば、連結導体１７ａ〜１７ｈを除去したので、この場合においても、アンテナ装置全体の高さを増加させることなく、ＭＳＡを広帯域化することができ、さらに、構成を簡単にすることができる。

実施の形態５．
図８は、本発明の実施の形態５によるアンテナ装置の概略図である。
図８において、アンテナ装置８０は、図７に示したアンテナ装置７０において、積層方向から見て、導体部（第２の導体部）８２が導体部１１及び導体部１３に重なるように設けられたものである。

以上のように、本実施の形態５によれば、導体部８２を、積層方向から見て、導体部１１及び導体部１３に重なるように設けたので、より近接した動作周波数を有する２周波開口共用アンテナを設計可能にすることができる。

なお、前記実施の形態に示したアンテナ装置１０，２０，５０，６０，７０，８０を、適当な間隔で２次元または３次元のアレー化しても良い。
これにより、高利得化が見込めると共に、ビーム制御を行うことが可能となる。

また、前記実施の形態では、導体部が円環形状の場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、円板形状や矩形状にしても良い。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１０，２０，５０，６０，７０，８０ アンテナ装置、１１ 導体部（第１の導体部）、１２，８２ 導体部（第２の導体部）、１２ａ，１２ｂ 切り欠き、１３ 導体部（第３の導体部）、ＧＮＤ 接地導体、１７ａ〜１７ｄ 連結導体（第１の連結導体、第３の連結導体）、１７ｅ〜１７ｈ 連結導体（第２の連結導体、第４の連結導体）、１８ 給電回路（給電部）、１９ａ〜１９ｃ 同軸給電線路、４１ シミュレーション結果、６２ 導体部（第４の導体部）、８２ 導体部（第２の導体部）。

Claims (12)

1. 接地導体と、
   前記接地導体に隔てて設けられた第１の導体部と、
   前記第１の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられた第２の導体部と、
   前記第２の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられ、前記第１の導体部の非励振素子となる第３の導体部と、
   前記第１の導体部の内周側周縁部の一部及び前記接地導体を連結する第１の連結導体と、
   前記第１の導体部の内周側周縁部の一部及び前記第３の導体部を連結する第２の連結導体と、
   前記第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に、前記第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部と、
   を備えたアンテナ装置。
2. 接地導体と、
   前記接地導体に隔てて設けられた第１の導体部と、
   前記第１の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられた第２の導体部と、
   前記第２の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられ、前記第１の導体部の非励振素子となる第３の導体部と、
   前記第１の導体部及び前記接地導体を連結する第１の連結導体と、
   前記第１の連結導体と離れて、前記第１の導体部及び前記接地導体を連結する第３の連結導体と、
   前記第１の導体部及び前記第３の導体部を連結する第２の連結導体と、
   前記第２の連結導体と離れて、前記第１の導体部及び前記第３の導体部を連結する第４の連結導体と、
   前記第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に、前記第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部と、
   を備えたアンテナ装置。
3. 接地導体と、
   前記接地導体に隔てて設けられた第１の導体部と、
   前記第１の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられた第２の導体部と、
   前記第２の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられ、前記第１の導体部の非励振素子となる第３の導体部と、
   前記第１の導体部に第１の高周波信号を供給すると共に、前記第２の導体部に第２の高周波信号を供給する給電部と、
   を備えたアンテナ装置。
4. 前記第２の導体部は、積層方向から見て、前記第１の導体部に内包されるように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
5. 前記第２の導体部は、積層方向から見て、前記第１の導体部及び前記第３の導体部に重なるように設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
6. 前記第２の導体部に対して前記接地導体と異なる側に設けられ、前記第２の導体部の非励振素子となる第４の導体部を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
7. 前記第２の導体部は、円板形状を有し、
   前記第１の導体部は、前記第２の導体部と同心の環状形状を有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
8. 前記第２の導体部は、環状形状を有し、
   前記第１の導体部は、前記第２の導体部と同心の環状形状を有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
9. 前記第１の導体部及び前記第２の導体部に、円偏波を励振させるそれぞれ一対の切り欠きを設けたことを特徴とする請求項７または請求項８記載のアンテナ装置。
10. 前記第１の導体部及び前記第２の導体部が、それぞれ円偏波を励振可能な所定の位置に２点の給電点を備えることを特徴とする請求項７または請求項８記載のアンテナ装置。
11. 前記第１の連結導体及び前記第２の連結導体は、前記第２の導体部の中心を基準として対称な位置に配置されることを特徴とする請求項９または請求項１０記載のアンテナ装置。
12. 請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を、アレー状に配置したことを特徴とするアレーアンテナ装置。

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