JP3458173B2

JP3458173B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3458173B2
Application number: JP29979899A
Authority: JP
Inventors: 敏一遠藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 1999-10-21
Publication date: 2003-10-20
Anticipated expiration: 2019-10-21
Also published as: JP2001119230A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信、無線
ＬＡＮ、ホーム・オフィス無線通信システム、ＥＴＣ
（Electronic Toll Collection System）、ＩＴＳ（Int
elligent Transport System）に使用するアンテナ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信、無線ＬＡＮに使用する従来
のアンテナ装置は、無指向性のものが主流である。ま
た、ホーム・オフィス無線通信システム、ＥＴＣ、ＩＴ
Ｓにおいて検討されているアンテナ装置は、無指向性の
もの以外に、非常に大きなスペースを必要とするアンテ
ナシステムが使用されている。

【０００３】図８は、リフレクタを使った従来のアンテ
ナ装置ＡＳ１を示す図である。

【０００４】従来のアンテナ装置ＡＳ１は、ＧＮＤ６２
の上に、十文字型のリフレクタ６１が設けられ、リフレ
クタ６１で区切られた４つの部分にそれぞれ、モノポー
ルアンテナ６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄが設けられ
たものであり、４つの指向性６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、
６５ｄを得ることができる。

【０００５】図９は、ピラミッド型の従来の４方向指向
性アンテナ装置ＡＳ２を示す図である。

【０００６】４方向指向性アンテナ装置ＡＳ２は、ＧＮ
Ｄ７２の上に、４つのパッチ素子７３ａ、７３ｂ、７３
ｃ、７３ｄが設けられ、４つのパッチ素子７３ａ、７３
ｂ、７３ｃ、７３ｄによって、四角錐が形成され、４つ
の指向性７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄを得ることが
できる。

【０００７】図１０は、従来のパッシブアレイアレイＡ
Ｓ３、アクティブアレイアンテナＡＳ４を示すブロック
図である。

【０００８】上記従来のアンテナは、大掛かりなシステ
ムであり、このようにすると、非常に費用がかかるの
で、移動体通信や無線ＬＡＮ等の端末のような、コンパ
クトで費用をかけたくない製品に関しては、いまだ実用
化されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】現在、無線通信は広く
使用され、室内環境においても、非常に多く利用されて
いる。

【００１０】室内環境で使用する際に問題になるのが、
フェージングによる通信エラーである。室内のような閉
鎖された空間においては、電波の乱反射が発生するの
で、位相がずれた様々な電波を受信する。これによっ
て、本来の電波以外のものが妨害波となり、通信エラー
が発生する。

【００１１】この妨害波による通信エラーを防止するに
は、指向性アンテナ、マルチビームアンテナ、フェーズ
ドアレイアンテナ等を使用することが考えられるが、こ
れらは、上記のように、非常に大きなシステムになり、
非常にコストがかかるという問題がある。このために、
基地局等には採用されてはいるが、端末では、まだ実用
化されていない。

【００１２】また、移動体通信で注目を集めている点
は、電磁波の人体への影響である。この電磁波の人体へ
の影響を少なくするためには、アンテナの指向性を変え
ることが考えられ、この方向で、各社が検討を進めてい
る。

【００１３】ＥＴＣ、ＩＴＳにおいては、高速で移動す
る自動車のデータを処理しなければならないので、特定
の自動車に対してのみデータを送る必要があり、指向性
を持ったアンテナが要求される。これについても、上記
と同様に、小型化、低コスト化が課題である。

【００１４】本発明は、小型で、実装し易く、また、低
コストで、シンプルなマルチビームアンテナ装置を提供
することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、バトラーマト
リクスマルチビームアンテナにおいて、両表面にＧＮＤ
面を持つ少なくとも１層のプリント基板と、上記プリン
ト基板の両面に配置され、しかも、上記プリント基板の
ＧＮＤ面と直交する仮想平面上に指向性を持つように配
置されているアンテナ素子とを有し、上記各アンテナ素
子の指向性は、上記仮想平面上においてほぼ均等角度で
割り振られているアンテナ装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態および実施例】図１は、本発明の第
１の実施例であるバトラーマトリクスマルチビームアン
テナＢＡ１におけるプリント基板１０と、バッチアンテ
ナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄとを示す図である。

【００１７】図１（１）は、バトラーマトリクスマルチ
ビームアンテナＢＡ１におけるプリント基板１０と、バ
ッチアンテナとを示す斜視図であり、図１（２）は、バ
トラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ１における
プリント基板１０と、バッチアンテナ１１ａ〜１１ｄと
を示す平面図である。

【００１８】つまり、図１には、バトラーマトリクスマ
ルチビームアンテナＢＡ１におけるパッチアンテナとプ
リント基板とのみを示し、回路構成を省略して示してあ
り、上記回路構成部分は、図２に示してある。

【００１９】図２は、バトラーマトリクスマルチビーム
アンテナＢＡ１の回路構成を示す図である。

【００２０】バトラーマトリクスマルチビームアンテナ
ＢＡ１は、４つの入力端子１、２、３、４と、２つのハ
イブリッド回路２１、２２と、４つのパッチアンテナ１
１ａ〜１１ｄと、１つのプリント基板１０とを有する。

【００２１】プリント基板１０は、両表面にそれぞれＧ
ＮＤ面１０ａ、１０ｂを持つプリント基板である。

【００２２】ハイブリッド回路２１が、パッチアンテナ
１１ａ、１１ｂを制御し、ハイブリッド回路２２が、パ
ッチアンテナ１１ｃ、１１ｄを制御している。

【００２３】図３は、上記実施例におけるハイブリッド
回路２１の具体例を示す図である。

【００２４】ハイブリッド回路２１は、信号線３１にお
いて、周波数に対して、λ／４の長さの信号ライン３２
がロの字状に配置され、そこに入力端子「１」、
「２」、出力端子「３」、「４」を取り付けたものであ
る。入力端子「１」に入力された信号は、出力端子
「３」には同位相で到達し、出力端子「４」には、位相
が９０度遅れて到達する。また、入力端子「２」に入力
された信号は、出力端子「４」には同位相で到達し、出
力端子「３」には、位相が９０度遅れて到達する。

【００２５】なお、ハイブリッド回路２２の構成、動作
は、ハイブリッド回路２１の構成、動作と同様である。

【００２６】パッチアンテナ１１ａ〜１１ｄは、プリン
ト基板１０の両面に２つづつ配置され、しかも、プリン
ト基板１０と直交する仮想平面上に指向性を持つように
配置されているアンテナ素子の例である。また、パッチ
アンテナ１１ａ〜１１ｄは、それぞれ放射導体１２を有
する。

【００２７】図４は、バトラーマトリクスマルチビーム
アンテナＢＡ１において、プリント基板１０と直交する
仮想平面を示す図である。

【００２８】また、パッチアンテナ１１ａから１１ｄの
指向性は、上記仮想平面上において、ほぼ均等角度で割
り振られている。

【００２９】図２において、入力端子１、２、３、４か
ら入力された信号は、ハイブリッド回路２１、２２とに
よって、パッチアンテナ１１ａ〜１１ｄで位相が変換さ
れ、それぞれ指向性１、指向性２、指向性３、指向性４
が得られる。これが上記実施例におけるバトラーマトリ
クスの動作である。

【００３０】上記実施例では、図１（１）に示すよう
に、プリント基板１０の両面側に指向性が現れるが、従
来のバトラーマトリクスにおける指向性は、基板の一方
の面側にのみ指向性が現れる。この点で、上記実施例が
従来例と大きく異なる点である。

【００３１】バトラーマトリクスマルチビームアンテナ
において、パッチアンテナ同士の間隔を変えれば、指向
性の角度を調整できるという特徴を有する。上記実施例
は、この特徴を生かしたものである。つまり、パッチア
ンテナ１１ａ〜１１ｄを配置するときに、指向性を持た
せたい平面にパッチアンテナ１１ａ〜１１ｄを横に並
べ、この場合、パッチアンテナ１１ａ〜１１ｄのそれぞ
れの指向性が、ＧＮＤ平面から４５度になるように、パ
ッチアンテナ１１ａ〜１１ｄ同士の間隔を定める。これ
によって、それぞれの指向性は、図１（２）において指
向性１、指向性２、指向性３、指向性４で示すように、
ＧＮＤ面から全て４５度の方向になり、それぞれは９０
度間隔で、３６０度に対しほぼ均等に４方向に指向性を
持つ。

【００３２】このようにすることによって、両面にＧＮ
Ｄ面を持つプリント基板１枚で、プリント基板１０を立
てた場合における水平面を、均等に４等分した指向性を
持つアンテナシステムを構成することができる。このと
きに、ハイブリッド回路２１、２２、配線等は、プリン
ト基板１０の内部または表面に構成する。

【００３３】また、ＧＮＤ導体の大きさは、一辺が１波
長以上あれば理想に近い指向性を選ぶことができるが、
一辺の長さが１波長に満たない場合は、ＧＮＤ面に対し
て電波の回り込みが発生するので、指向性が弱まる。し
たがって、ＧＮＤ面をできる限り広く設定することが好
ましい。

【００３４】図５は、バトラーマトリクスマルチビーム
アンテナＢＡ１の具体的な配置を示す斜視図である。

【００３５】図５において、パッチアンテナ１１ａ〜１
１ｄはプリント基板１０の両面に２個ずつ配置され、Ｇ
ＮＤ面１０ａ、１０ｂを破線で示してある。

【００３６】ＧＮＤ面１０ａ、１０ｂの外の部分には、
実装部品１５が搭載され、この実装部品１５は、ハイブ
リッド回路、給電回路である。パッチアンテナ１１ａ〜
１１ｄとアンテナ給電回路１４とが、アンテナ給電線１
３ａ〜１３ｄによって接続され、アンテナ給電線１３ａ
〜１３ｄが、基板１０の内部または表面に構成されてい
る。

【００３７】図６は、本発明の第２の実施例であるバト
ラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ２の配置を示
す斜視図である。

【００３８】バトラーマトリクスマルチビームアンテナ
ＢＡ２は、パッチアンテナ１１ａ〜１１ｄが、シールド
部分４２ａ、４２ｂにそれぞれ２個づつ配置されてい
る。パッチアンテナ１１ａ〜１１ｄ以外の回路は、プリ
ント基板（実装基板）４１に構成されている。

【００３９】バトラーマトリクスマルチビームアンテナ
ＢＡ２においては、シールド面４２ａ、４２ｂの前面を
ＧＮＤ面として使用できるので、アンテナ特性がより向
上される。プリント基板４１の給電部分とパッチアンテ
ナ１１ａ〜１１ｄとが、同軸線等によって接続されてい
る。

【００４０】なお、上記実施例では、プリント基板１０
が１枚のみ設けられているが、このプリント基板１０を
複数枚、設けるようにしてもよい。この場合、最も外側
に配置されているプリント基板に、ＧＮＤ面を設ける必
要がある。

【００４１】図７は、本発明の第３の実施例であるバト
ラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ３の配置を示
す斜視図である。

【００４２】図７（１）は、バトラーマトリクスマルチ
ビームアンテナＢＡ３を示す斜視図であり、図７（２）
は、バトラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ３を
上面から見た透視図である。

【００４３】バトラーマトリクスマルチビームアンテナ
ＢＡ３は、基本的には、バトラーマトリクスマルチビー
ムアンテナＢＡ１と同じであるが、バトラーマトリクス
マルチビームアンテナＢＡ１において、プリント基板１
０の代わりに筐体５０を設け、４つのパッチアンテナ１
１ａ〜１１ｄの代わりに、８個のパッチアンテナ５１ａ
〜５１ｈを設けた点のみが、バトラーマトリクスマルチ
ビームアンテナＢＡ１と異なる点である。

【００４４】筐体５０は、両表面にＧＮＤ面を持つ筐体
である。また、パッチアンテナ５１ａ〜５１ｈは、それ
ぞれ放射導体５２を有し、筐体５０の両面に４個づつ配
置され、しかも、筐体５０のＧＮＤ面と直交する仮想平
面上に、横に並べられ、指向性を持つように配置されて
いる。また、パッチアンテナ５１ａ〜５１ｈの指向性
は、仮想平面上において、ほぼ均等角度で割り振られて
いる。

【００４５】つまり、各パッチアンテナの指向性が４５
度間隔になるように、パッチアンテナ５１ａ〜５１ｈの
間隔が設定されている。このような配置を両面に構成す
ると、それぞれの指向性は、図７（２）に示すように、
指向性５４ａ〜５４ｈのように４５度間隔で、３６０度
に対し均等に８方向に指向性を持つことになる。このよ
うにすることによって、両面にＧＮＤ面を持つ筐体１つ
で、その筐体５０を立てたときにおける水平面を均等に
８等分した指向性を持つアンテナシステムを構成するこ
とができる。

【００４６】上記実施例では、パッチアンテナを、４
個、８個使用しているが、これ以外にも、２のｍ乗個の
パッチアンテナを使用することができる。

【００４７】上記各実施例では、アンテナ素子として、
パッチアンテナを用いているが、逆Ｆアンテナ、マイク
ロスリップアンテナ、スロットアンテナ等のＧＮＤ面を
利用するアンテナであれば、パッチアンテナの代わりに
使用することができる。

【００４８】また、アンテナ素子として、上記のように
ＧＮＤ面に実装する形態のもの以外にも、基板上に直接
パターン構成したアンテナを使用するようにしてもよ
い。

【００４９】さらに、上記基板やアンテナは、ガラスエ
ポキシ、テフロン、ポリイミド、アルミナ、ガラスセラ
ミック等の材料に、銅、銀、金、アルミニウム、銀パラ
ジウム、パラジウム等の導体をエッチング、印刷、蒸
着、スパッタ等の工法で構成されたものである。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、１枚のＧＮＤ板のみで
も、３６０度方向の指向性を得ることができるので、従
来例よりも、小型で、実装し易く、また、低コストで、
シンプルなマルチビームアンテナ装置を得ることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例であるバトラーマトリク
スマルチビームアンテナＢＡ１におけるプリント基板１
０と、バッチアンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ
とを示す図である。

【図２】バトラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ
１の回路構成を示す図である。

【図３】上記実施例におけるハイブリッド回路２１の具
体例を示す図である。

【図４】バトラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ
１において、プリント基板１０と直交する仮想平面を示
す図である。

【図５】バトラーマトリクスマルチビームアンテナＢＡ
１の具体的な配置を示す斜視図である。

【図６】本発明の第２の実施例であるバトラーマトリク
スマルチビームアンテナＢＡ２の配置を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例であるバトラーマトリク
スマルチビームアンテナＢＡ３の配置を示す斜視図であ
る。

【図８】リフレクタを使った従来のアンテナ装置ＡＳ１
を示す図である。

【図９】ピラミッド型の従来の４方向指向性アンテナ装
置ＡＳ２を示す図である。

【図１０】従来のパッシブアレイアレイＡＳ３、アクテ
ィブアレイアンテナＡＳ４を示すブロック図である。

【符号の説明】

ＢＡ１、ＢＡ２、ＢＡ３…バトラーマトリクスマルチビ
ームアンテナ、１０、４１…基板、１０ａ、１０ｂ…ＧＮＤ面、１１ａ〜１１ｄ…パッチアンテナ、１２…放射導体、２１、２２…ハイブリッド回路、４２ａ、４２ｂ…シールド、５０…筐体、５１ａ〜５１ｈ…パッチアンテナ、５２…放射導体。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】バトラーマトリクスマルチビームアンテ
ナにおいて、両表面にＧＮＤ面を持つ少なくとも１層のプリント基板
と；上記プリント基板の両面に配置され、しかも、上記
プリント基板のＧＮＤ面と直交する仮想平面上に指向性
を持つように配置されているアンテナ素子と；を有し、
上記各アンテナ素子の指向性は、上記仮想平面上におい
て、ほぼ均等角度で割り振られていることを特徴とする
アンテナ装置。
【請求項２】バトラーマトリクスマルチビームアンテ
ナにおいて、両表面にＧＮＤ面を持つ筐体と；上記筐体の両面に配置
され、しかも、上記筐体のＧＮＤ面と直交する仮想平面
上に指向性を持つように配置されているアンテナ素子
と；を有し、上記各アンテナ素子の指向性は、上記仮想
平面上において、ほぼ均等角度で割り振られていること
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、上記アンテナ素子は、パッチアンテナ、逆Ｆアンテナ、
マイクロスリップアンテナ、スロットアンテナのうちの
少なくとも１つであることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】請求項１または請求項２において、上記アンテナ素子は、ＧＮＤ面に実装されているアンテ
ナ素子、または、基板上に直接パターン構成されている
アンテナ素子であることを特徴とするアンテナ装置。