JP3439723B2 - 電子制御アレーアンテナ装置 - Google Patents

電子制御アレーアンテナ装置

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茂 斎藤
弘一 行田
孝 大平
英一 田中
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武弘 村瀬
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば無線LAN
等に用いられる小型のアンテナ装置に係り、特に指向性
を制御できる電子制御アレーアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、指向性を制御できるアンテナとし
ては、高速走査伝送回路例えばバトラーマトリックス回
路とかロットマンレンズ回路等による電子制御アレーア
ンテナが考えられている。しかし、これらのアンテナは
複雑な構造となっているのが一般的である。また、その
他、構造が簡単な電子制御アレーアンテナとして、従来
では図9に示すように有限反射板を設けたものが用いら
れている。図9(a)は従来の電子制御アレーアンテナ
装置の斜視図、同図(b)は側断面図である。
【0003】図9(a)、(b)において、1は直径が
約1波長の円形の有限反射板で、その上面中央部に放射
素子2が設けられると共に、この放射素子2を中心とす
る周辺に複数の無給電素子3が等間隔で設けられる。こ
の場合、上記放射素子2及び無給電素子3は、有限反射
板1に対して絶縁して設けられ、有限反射板1と無給電
素子3との間にダイオード4が接続される。このダイオ
ード4は、電子制御回路(図示せず)によりオン/オフ
制御され、これによりアンテナの指向性が制御される。
そして、放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸
線路5により給電される。
【0004】上記のように構成された電子制御アレーア
ンテナ装置は、放射素子2から周囲に電波が放射される
が、無給電素子3に対するダイオード4をオンあるいは
オフすることによって、指向性を可変制御することがで
きる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記有限反射板を備え
た従来の電子制御アレーアンテナ装置は、構造が簡単で
あるという利点はあるが、仰角の低い範囲において利得
が低下するような指向性となっており、無線LAN用の
アンテナとして用いるには問題がある。
【0006】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、仰角の低い範囲においても十分な利得を得
ることができ、無線LAN用のアンテナとして適した指
向性を有する電子制御アレーアンテナ装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】第1の発明に係る電子制
御アレーアンテナ装置は、直径が約1波長の円状の有限
反射板と、この有限反射板の外周縁に沿って下方向に
けられる幅が約1/4波長の円筒状の導体板と、上記有
限反射板の上側中央部に設けられる長さが約1/4波長
放射素子と、上記有限反射板上における放射素子の周
辺に等間隔で設けられる複数の無給電素子と、上記放射
素子に給電する給電手段と、上記各無給電素子と有限反
射板との間にそれぞれ設けられる指向性調整用素子と、
を具備し、上記指向性調整用素子を制御して上記無給電
素子を導波器並びに反射器として動作させることを特徴
とする。
【0008】
【0009】
【0010】第2の発明は、第1の発明に係る電子制御
アレーアンテナ装置において、上記指向性調整用素子と
して可変リアクタンス素子を用いたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る
電子制御アレーアンテナ装置の構成を示すもので、同図
(a)は斜視図、同図(b)は側断面図である。図1
(a)、(b)において、1は直径が約1波長(λ)の
円形の有限反射板で、その外周縁に沿って幅が例えば1
/4波長程度の円筒状の導体板、すなわち円筒状のスカ
ート11が下方向に設けられる。上記有限反射板1及び
スカート11は、金属板等の導体で形成される。そし
て、上記有限反射板1の上面中央部に導体(銅或いは真
鍮)で形成した長さが例えば1/4波長の放射素子2が
設けられると共に、その周辺部に導体(銅或いは真鍮)
で形成された複数の無給電素子3が等間隔で設けられ
る。この場合、放射素子2と無給電素子3との間隔は、
約1/4波長に設定される。上記放射素子2及び無給電
素子3は、有限反射板1に対して絶縁して設けられる。
上記放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸線路
5により給電される。
【0012】また、有限反射板1の下側において、無給
電素子3の下部に受動回路を構成する例えばバラクタダ
イオード等の可変リアクタンス素子12が装荷される。
すなわち、無給電素子3と有限反射板1との間に可変リ
アクタンス素子12が接続される。この可変リアクタン
ス素子12は、電子制御回路(図示せず)によりリアク
タンスが可変制御され、これによりアンテナの指向性が
制御される。
【0013】上記のように構成された電子制御アレーア
ンテナ装置は、各無給電素子3に対して設けた可変リア
クタンス素子12のリアクタンスを電子制御回路(図示
せず)によって制御することによって、指向性を任意に
可変制御することができる。すなわち、可変リアクタン
ス素子12の値を制御することによって水平面内での放
射パターンを制御する。この放射パターンにおけるヌル
点の形成は可変リアクタンス素子12の値を適切に選ぶ
ことにより可能であり、また、放射パターンの水平面内
全方向の走査は、複数の無給電素子3を等間隔に配置
し、可変リアクタンス素子12の値を制御することによ
り可能である。
【0014】上記可変リアクタンス素子12としてバラ
クタダイオードを用いることにより、外部からの直流電
圧でリアクタンスを任意に可変制御することができる。
また、有限反射板1の周囲に円筒状のスカート11を設
けることにより、仰角の低い範囲における利得の低下を
確実に防止でき、無線LAN用のアンテナとして適した
指向性を得ることができる。
【0015】以下、上記有限反射板1に対してスカート
11を設けたことによる指向性の改善について実験結果
に基づいて説明する。
【0016】図2(a)は無限地板21に1/4波長モ
ノポールアンテナ22を設けた場合の指向性を示し、図
2(b)は半波長ダイポールアンテナ23の指向性を示
したものである。無限地板21上に設けた1/4波長モ
ノポールアンテナ22は、その鏡像を考えると半波長ダ
イポールアンテナ23と同じ構造となり、指向性も同じ
である。しかし、地板(反射板)が有限構造の場合は、
その影響により指向性は大きく変化する。
【0017】すなわち、図3(a)、(b)に示すよう
に有限反射板1に1/4波長モノポールアンテナとして
の放射素子2を設けた場合、その有限反射板1の直径2
aと指向性の関係は、図4に示すように変化する。図4
(a)は有限反射板1の直径2aが「2πa/λ=0」
の場合の指向性、同図(b)は「2πa/λ=3」の場
合の指向性、同図(c)は「2πa/λ=4」の場合の
指向性、同図(d)は「2πa/λ=5」の場合の指向
性、同図(e)は「2πa/λ=√(42)」の場合の
指向性、同図(f)は「2πa/λ=∞」の場合の指向
性を示したものである。図4(f)は反射板が無限の場
合であり、指向性が正面方向(水平方向)に向いている
が、図4(b)〜(e)に示すように有限の場合には指
向性が正面方向に向かない。つまり、有限反射板1を用
いた場合には、図2(b)に示した半波長ダイポールア
ンテナの場合に比較して、主ビームがやや上向きにな
り、実効利得は低下する。
【0018】本発明では、有限反射板1の周縁部にスカ
ート11を設けることによって、指向性が正面の方向に
向くように特性の改善を図ったものである。図5
(a)、(b)に示すように例えば1波長(λ)の有限
反射板1の周縁部に幅が1/4波長のスカート11を設
け、上記有限反射板1の上面中央に放射素子(1/4波
長モノポールアンテナ)2を単体で設けた場合の垂直面
放射パターンの測定結果を図6に示す。この図6におい
て、aはスカート11を設けた場合の特性、bはスカー
ト11を設けない場合の特性を示し、アンテナ中心周波
数を1000MHzに設定した場合について測定したも
のである。スカート11を設けることにより、図6の特
性図から明らかなように最大放射方向は45°から62
°に変化し、水平面内では約1〜2dB程度の利得改善
が得られた。これにより最大放射方向の低仰角化と水平
面内の利得増加を確認することができた。
【0019】次に、可変リアクタンス素子12を制御し
て指向性を可変制御する場合について説明する。図7に
示すように幅が1/4波長の円筒状のスカート11を備
えた直径が1波長の有限反射板1の上面中央部に長さが
1/4波長の放射素子2を設けると共に、その左右に1
/4波長の間隔を保って2つの無給電素子3a、3bを
設けた3素子電子制御アレーアンテナにおいて、無給電
素子3aに装荷された可変リアクタンス素子12aを短
絡し、無給電素子3bに装荷された可変リアクタンス素
子12bを開放とし、無給電素子3aを導波器、無給電
素子3bを反射器として動作させた。
【0020】図8は、上記のように構成したアンテナの
中心周波数を1000MHzに設定した場合の垂直面放
射パターンを示したものである。上記図8において、a
はスカート11を設けた場合の特性、bはスカート11
を設けない場合の特性を示し、アンテナ中心周波数を1
000MHzに設定した場合について測定したものであ
る。上記のように無給電素子3aを導波器、無給電素子
3bを反射器として動作させた場合、図8に示したよう
に無給電素子3aの方向が最大放射方向となる特性が得
られた。また、有限反射板1に対してスカート11を設
けることにより、特性aから明らかなように最大放射方
向の低仰角化と利得増加が得られた。
【0021】上記図7では、2本の無給電素子3a、3
bを設けた場合について示したが、図1に示したように
放射素子2の周囲に複数の無給電素子3を設けると共
に、各無給電素子3の下部に可変リアクタンス素子12
を装荷することにより、各方向に対する指向性を任意に
可変設定することができる。可変リアクタンス素子12
の場合、リアクタンスの可変により信号の位相を調整で
きるので、各可変リアクタンス素子12の方向だけでな
く、各可変リアクタンス素子12の中間における方向に
対しても指向性を任意に可変設定することができる。
【0022】以上のように本発明による電子制御アレー
アンテナ装置は、非常に簡単な構造を持ち、直流電圧で
制御可能であるので、無線LANへの機器装着が容易で
ある。また、スカート11を設けることにより、机の上
等に配置した場合においても、特性の劣化はなく十分な
利得が得られるので、無線LAN用のアンテナとして大
きな効果を発揮することができる。また、無線LAN用
のアンテナとして使用した場合、例えばある方向からの
信号を受信した場合、電子制御回路により信号の受信方
向を検出し、その受信方向に指向性が一致するように可
変リアクタンス素子12の値を制御する方法等が考えら
れる。このような制御方法を用いることにより、無線L
ANにおける信号の通信範囲を広くでき、信号の受信処
理を確実に行なうことが可能となる。
【0023】なお、上記実施形態では、指向性を調整す
る素子として可変リアクタンス素子12を使用した場合
について示したが、ダイオード等のスイッチング素子を
使用した場合においても、スカート11を設けることに
より、最大放射方向の低仰角化と利得増加を図ることが
できる。
【0024】また、上記実施形態では、指向性を測定す
る際にアンテナの中心周波数を1000MHzに設定し
た場合について示したが、周波数に関係なく大きな効果
を発揮することができる。実施に当たっては特に周波数
に限定されるものではない。
【0025】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、有
限反射板を備えた電子制御アレーアンテナ装置におい
て、有限反射板の周縁部に円筒状の反射導体板を設ける
ことにより、最大放射方向の低仰角化と利得増加を図る
ことができ、無線LAN用のアンテナとして大きな効果
を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の一実施形態に係る電子制御ア
レーアンテナ装置の斜視図、(b)は同側断面図。
【図2】(a)は無限地板に1/4波長モノポールアン
テナを設けた場合の指向性を示す図、(b)は半波長ダ
イポールアンテナの指向性を示す図。
【図3】有限反射板に1/4波長モノポールアンテナと
しての放射素子を設けた場合の構成図。
【図4】図3における有限反射板の直径を種々変えた場
合の指向性を示す図。
【図5】スカートを備えた有限反射板に放射素子として
1/4波長モノポールアンテナを単体で設けた場合の構
成図。
【図6】図5におけるアンテナの垂直面放射パターンを
スカート無しの場合と比較して示す図。
【図7】同実施形態における3素子電子制御アレーアン
テナを示す図。
【図8】図7における3素子電子制御アレーアンテナの
垂直面放射パターンを示す図。
【図9】(a)は従来の電子制御アレーアンテナ装置の
斜視図、(b)は同側断面図。
【符号の説明】
1 有限反射板 2 放射素子 3、3a、3b、 無給電素子 4 ダイオード 5 同軸線路 11 スカート 12、12a、12b 可変リアクタンス素子
フロントページの続き (72)発明者 川上 春夫 埼玉県大宮市宮ヶ谷塔4丁目72番地 ア ンテナ技研株式会社内 (72)発明者 斎藤 茂 埼玉県大宮市宮ヶ谷塔4丁目72番地 ア ンテナ技研株式会社内 (72)発明者 行田 弘一 京都府相楽郡精華町光台二丁目2番地2 株式会社エイ・ティ・アール環境適応 通信研究所内 (72)発明者 大平 孝 京都府相楽郡精華町光台二丁目2番地2 株式会社エイ・ティ・アール環境適応 通信研究所内 (72)発明者 田中 英一 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ 株式会社内 (72)発明者 坂本 宏 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ 株式会社内 (72)発明者 村瀬 武弘 東京都新宿区西新宿二丁目1番1号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ 株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−260938(JP,A) 特開 平10−154911(JP,A) 特開 平10−313205(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 19/00 - 19/32

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直径が約1波長の円状の有限反射板と、
    この有限反射板の外周縁に沿って下方向に設けられる
    が約1/4波長の円筒状の導体板と、上記有限反射板の
    上側中央部に設けられる長さが約1/4波長の放射素子
    と、上記有限反射板上における放射素子の周辺に等間隔
    で設けられる複数の無給電素子と、上記放射素子に給電
    する給電手段と、上記各無給電素子と有限反射板との間
    にそれぞれ設けられる指向性調整用素子と、を具備し、 上記指向性調整用素子を制御して上記無給電素子を導波
    器並びに反射器として動作させることを特徴とする電子
    制御アレーアンテナ装置。
  2. 【請求項2】 上記指向性調整用素子として可変リアク
    タンス素子を用いたことを特徴とする請求項1記載の電
    子制御アレーアンテナ装置。
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