JP3776412B2

JP3776412B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP3776412B2
Application number: JP2003125184A
Authority: JP
Inventors: 徹松岡; 愛島村
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: JP2004336118A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに係わり、特に、単一方向に高利得を要求される地上波放送受信用アンテナや、移動通信基地局アンテナに適用して有効なアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の反射板付き半波長ダイポールアンテナの一例の概略構成を示す正面図である。
同図に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナでは、反射板１の反射面に対して、誘電体基板２が平行になるように設けられる。
誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）には、第１および第２のダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）、および、給電回路を形成する接地導体４が形成される。
第１および第２のダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）、および、接地導体４は、例えば、プリント配線板で採用されているエッチング手法等を用いて形成される。
ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）を構成する導体の長さは、それぞれλ／２（λは、使用中心周波数（ｆｏ）の自由空間波長）に相当する長さとされる。
なお、使用中心周波数（ｆｏ）は、使用することが予定されている上限周波数と下限周波数の中心の周波数である。
ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）は、第１および第２の放射素子（１３_１，１３_２）を有する。
【０００３】
接地導体４は、その中心が、誘電体基板２の中心点にほぼ一致しており、接地導体４の長手方向のスロット２１が設けられ、各ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）の第１および第２の放射素子（１３_１，１３_２）は、スロット２１により分割された接地導体４に、それぞれ接続される。
５_１，５_２は、給電回路を構成する導体で、図１４に示すように、誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）に、誘電体基板２の中心を通る直線に対して対称的に設けられる。
導体５_１は、接地導体４の一部とともに、導体５_２は、接地導体４の他の一部とともに、それぞれ分岐導体による平衡−不平衡変換回路（マイクロストリップ線路による平衡−不平衡変換回路）を構成する。
図１４には図示していないが、誘電体基板２の裏面には、コネクタが設けられ、その内部導体は、誘電体基板２の裏に穿った孔に挿入され、接地導体４と電気的に接続される恐れがないようにして平衡−不平衡変換回路を構成する導体（５_１，５_２）の各内端相互の接続点に接続され、コネクタの外部導体は、接地導体４に接続される。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】
特開２０００−１１８４１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示す従来のアンテナを用いて、より低姿勢化を図るためには、反射板１と誘電体基板２の間の間隔をより狭くする必要がある。
しかしながら、反射板１と誘電体基板２の間の間隔を狭くすると、入力インピーダンスの周波数変化が大きくなり、帯域特性が狭くなるという問題点があった。
なお、前述の特許文献１には、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）の反射板１と反対側に、所定の間隔をおいて、一対のコの字形状の無給電素子を配置し、広帯域化を図ることが開示されている。
この特許文献１に記載されている技術を適用すれば、反射板１と誘電体基板２の間の間隔を狭くした場合でも、帯域特性が狭くなるのを防止することができる。
しかしながら、その場合は、低姿勢化を図ることができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、帯域特性を狭くすることなく、低姿勢化を図り、かつ、利得を向上させることが可能となるアンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、反射板と、前記反射板の前面に線対称に設けられ、それぞれ第１および第２の放射素子を有する第１および第２のダイポールアンテナ素子と、前記反射板の前面に線対称に設けられる第１および第２の無給電素子とを備えるアンテナであって、前記第１の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子との間に位置するように、前記第１および第２のダイポールアンテナ素子が設けられる面と同一面上に設けられ、前記第２の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子との間に位置するように、前記第１および第２のダイポールアンテナ素子が設けられる面と同一面上に設けられ、前記各無給電素子の幅方向の中心に沿った長さをＬ、使用周波数の自由空間波長をλとするとき、０．５λ≦Ｌ≦１．５λを満足する。
【０００７】
また、本発明は、反射板と、前記反射板の前面に配置される誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に、線対称に設けられる第１および第２のダイポールアンテナ素子と、前記誘電体基板の一方の面、あるいは他方の面に、線対称に設けられる第１および第２の無給電素子とを備えるアンテナであって、前記各ダイポールアンテナ素子は、第１および第２の放射素子を有し、前記第１の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子との間に位置するように設けられ、前記第２の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子との間に位置するように設けられ、前記各無給電素子の幅方向の中心に沿った長さをＬ、使用周波数の自由空間波長をλとするとき、０．５λ≦Ｌ≦１．５λを満足することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１のアンテナの概略構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図である。
本実施の形態の反射板付き半波長ダイポールアンテナにおいて、反射板１、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）、接地導体４、および導体（５_１，５_２）の構成および動作は、図１４に示す従来のアンテナの構成および動作と変わらないので、重複を避けるため説明は省略する。
但し、本実施の形態のアンテナは、図１に示すように、誘電体基板２の裏面に、コネクタ１０が設けられる。
コネクタ１０の内部導体は、誘電体基板２に穿った孔に挿入され、接地導体４と電気的に接続される恐れがないようにして平衡−不平衡変換回路を構成する導体（５_１，５_２）の各内端相互の接続点に接続され、コネクタ１０の外部導体は、接地導体４に接続される。
また、反射板１もコネクタ１０の外部導体に接続され、これにより、反射板１と誘電体基板２とが、所定の間隔をおいて平行に配置される。
【０００９】
図１において、７_１，７_２は、一対の無給電素子であり、この無給電素子（７_１，７_２）は、誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）に形成される。
無給電素子（７_１，７_２）は、例えば、プリント配線板で採用されているエッチング手法等を用いて形成される。無給電素子（７_１，７_２）は、菱形形状とされ、誘電体基板２の中心に対して、線対称に設けられる。
無給電素子（７_１，７_２）の一方の端部１７_１から他方の端部１７_２までの、無給電素子（７_１，７_２）を構成する導体の中心（幅方向の中心）に沿った全長は、ほぼ０．５λより長く、かつ、１．５λより短くされる。
また、無給電素子７_１は、反射板１に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、第１のダイポールアンテナ素子３_１の第１の放射素子１３_１と、第２のダイポールアンテナ素子３_２の第２の放射素子１３_２との間に位置するように設けられ、無給電素子７_２は、反射板１に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、第１のダイポールアンテナ素子３_１の第２の放射素子１３_２と、第２のダイポールアンテナ素子３_２の第１の放射素子１３_１の間に位置するように設けられる。
本実施の形態では、反射板１と誘電体基板２の間の間隔をより狭くした場合に、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）が反射板１に近接することにより増大するダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）の開放端の電界を無給電素子（７_１，７_２）に結合させることにより、複同調回路の原理を用いて広帯域化を実現することができる。
また、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）、および無給電素子（７_１，７_２）から放射される電磁波の相乗作用により利得を増大させることができる。
【００１０】
図２は、本実施の形態のアンテナの反射減衰量の周波数特性の一例を示すグラフである。
図２に示すグラフは、反射板１と誘電体基板２の間隔を０．１４λ波長としたときの、同軸端子から見た、負荷側の反射減衰量の周波数特性を測定した結果を示すグラフである。
対比する意味で、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの反射減衰量の周波数特性の一例を示すグラフを、図１５に示す。
この図１５に示すグラフは、反射板１と誘電体基板２の間隔を０．２２λ波長とし、その他の寸法は、図２に示すグラフを測定した時の反射板付き半波長ダイポールアンテナと同一した場合に、同軸端子から見た、負荷側の反射減衰量の周波数特性を測定した結果を示すグラフである。
図１５に示すグラフでは、２．７ＧＨｚの周波数に対して、ＶＳＷＲが１．５以下となる比帯域が１３パーセントであるのに対して、図２に示すグラフでは、２．７ＧＨｚの周波数に対して、ＶＳＷＲが１．５以下となる比帯域が１８パーセントとなっており、本実施の形態では、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナよりも低姿勢化を図りながら、広帯域化を実現することが可能となる。
【００１１】
図３は、本実施の形態のアンテナの電界面内指向性（図１に示すＸ−Ｙ面）を示すグラフである。
対比する意味で、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの電界面内指向性（図１に示すＸ−Ｙ面）のグラフを、図１６に示す。
図３、図１６のグラフはともに、周波数が２．７ＧＨｚの時の測定結果を示している。
図４は、本実施の形態のアンテナの磁界面内指向性（図１に示Ｙ−Ｚ面）を示すグラフである。
対比する意味で、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの磁界面内指向性（図１に示Ｙ−Ｚ面）のグラフを、図１７に示す。
図４、図１７のグラフはともに、周波数が２．７ＧＨｚの時の測定結果を示している。
これらのグラフから分かるように、本実施の形態のアンテナも、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナも共に、Ｚ軸方向で最大放射となる特性となっているが、本実施の形態のアンテナは、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナに比して、垂直面内の指向特性が鋭くなっている。
【００１２】
図５は、本実施の形態のアンテナの利得の周波数特性を示すグラフである。
対比する意味で、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの利得の周波数特性のグラフを、図１８に示す。
これらのグラフから分かるように、本実施の形態のアンテナでは、周波数が、約３．０ＧＨｚ以上の周波数になると、図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナよりも、利得が小さくなるが、図２で説明した反射減衰量が良好な周波数の範囲では、従来のアンテナに比べて１ｄＢ程度、利得が増大していることが判る。
このように、本実施の形態のアンテナによれば、図２で説明した反射減衰量が良好な周波数の範囲において、垂直面内の指向特性が鋭くなることで、利得を向上させることが可能となる。
なお、本実施の形態において、無給電素子（７_１，７_２）の形状は、菱形形状に限定されるものではなく、無給電素子（７_１，７_２）は、図６に示すような四角形形状、または、図７に示すようなループ形状、あるいは、図８に示すような三角形形状であってもよい。
さらに、無給電素子（７_１，７_２）は、誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）に形成してもよい。但し、本実施の形態のように、誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）に形成したほうが、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）と接触することがないので、無給電素子（７_１，７_２）を配置する場合の自由度が高くなる。
【００１３】
［実施の形態２］
図９は、本発明の実施の形態２のアンテナの概略構成を示す図である。
本実施の形態は、菱形形状の無給電素子（７_１，７_２）をＸ−Ｙ面に対して対称になるよう分割した点で、前述の実施の形態１と相違する。
本実施の形態では、菱形形状の無給電素子７_１は、第１の分割素子７０_１と第２の分割素子７０_２とから構成され、同様に、菱形形状の無給電素子７_２は、第１の分割素子７０_３と第２の分割素子７０_４とから構成される。
前述の実施の形態１に示す菱形形状の無給電素子（７_１，７_２）は、無給電素子（７_１，７_２）を構成する導体の中心に沿った全長が、０．５λより長く、１．５λより短いため、無給電素子（７_１，７_２）には、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）を構成する導体によって結合され、２つの定在波分布が形成される。
この定在波分布は、Ｘ−Ｙ面において、電流分布が最小になる部分があるため、この部分で、菱形形状の無給電素子（７_１，７_２）を分割して、４つの「Ｌの字」形分割素子（７０_１，７０_２，７０_３，７０_４）に置き換えても何ら特性に差異を生じない。本実施の形態においても、前述の実施の形態１と同様な作用・効果を得ることが可能となる。
なお、本実施の形態において、無給電素子（７_１，７_２）の形状は、菱形形状に限定されるものではなく、無給電素子（７_１，７_２）は、図１０に示すような四角形形状、または、図１１に示すようなループ形状、あるいは、図１２に示すような三角形形状であってもよい。
さらに、無給電素子（７_１，７_２）は、誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）に形成してもよい。
【００１４】
［実施の形態３］
図１３は、本発明の実施の形態３のアンテナの概略構成を示す図である。
本実施の形態では、菱形形状の無給電素子（７_１，７_２）を、Ｘ−Ｙ面において、１８０°回転させた点で、前述の実施の形態１のアンテナと相違する。
前述したように、実施の形態１に示す菱形形状の無給電素子（７_１，７_２）は、無給電素子（７_１，７_２）を構成する導体の中心に沿った全長は、ほぼ０．５λより長く、１．５λより短いため、菱形形状の無給電素子（７_１，７_２）には、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）を構成する導体によって結合され、２つの定在波分布が形成される。そのため、本実施の形態においても、前述の実施の形態１と同じ特性を得ることができる。
なお、図６〜図１２に示すアンテナにおいても、無給電素子（７_１，７_２）を、Ｘ−Ｙ面において、１８０°回転させることが可能である。
さらに、無給電素子（７_１，７_２）は、誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）に形成してもよい。
なお、前述の各実施の形態では、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）、および無給電素子（７_１，７_２）を誘電体基板２上に形成した場合について説明したが、ダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）、および無給電素子（７_１，７_２）として、棒状や板状の導体を使用し、これらを適宜スペーサを介して反射板上に配置するようにしてもよく、この場合には、誘電体基板を省略することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範図において種々変更可能であることは勿論である。
【００１５】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のアンテナによれば、帯域特性を狭くすることなく、低姿勢化を図り、かつ、利得を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１のアンテナの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１のアンテナの反射減衰量の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態１のアンテナの電界面内指向性（図１に示すＸ−Ｙ面）の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１のアンテナの磁界面内指向性（図１に示すＹ−Ｚ面）の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１のアンテナの利得の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態１のアンテナの変形例の概略構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１のアンテナの変形例の概略構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１のアンテナの変形例の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２のアンテナの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２のアンテナの変形例の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２のアンテナの変形例の概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２のアンテナの変形例の概略構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３のアンテナの概略構成を示す斜視図である。
【図１４】従来の反射板付き半波長ダイポールアンテナの一例の概略構成を示す図である。
【図１５】図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの反射減衰量の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図１６】図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの反射減衰量の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図１７】図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの電界面内指向性（図１に示すＸ−Ｙ面）の一例を示すグラフである。
【図１８】図１４に示す反射板付き半波長ダイポールアンテナの利得の周波数特性の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…反射板、２…誘電体基板、３_１，３_２…ダイポールアンテナ素子、４…接地導体、５_１，５_２…導体、７_１，７_２…無給電素子、１０…コネクタ、１３_１，１３_２…放射素子、１７_１，１７_２…端部、２１…長手方向のスロット、７０_１，７０_２，７０_３，７０_４…分割素子。

Claims

反射板と、
前記反射板の前面に線対称に設けられ、それぞれ第１および第２の放射素子を有する第１および第２のダイポールアンテナ素子と、
前記反射板の前面に線対称に設けられる第１および第２の無給電素子とを備えるアンテナであって、
前記第１の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子との間に位置するように、前記第１および第２のダイポールアンテナ素子が設けられる面と同一面上に設けられ、
前記第２の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子との間に位置するように、前記第１および第２のダイポールアンテナ素子が設けられる面と同一面上に設けられ、
前記各無給電素子の幅方向の中心に沿った長さをＬ、使用周波数の自由空間波長をλとするとき、０．５λ≦Ｌ≦１．５λを満足することを特徴とするアンテナ。
反射板と、
前記反射板の前面に配置される誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に、線対称に設けられる第１および第２のダイポールアンテナ素子と、
前記誘電体基板の一方の面、あるいは他方の面に、線対称に設けられる第１および第２の無給電素子とを備えるアンテナであって、
前記各ダイポールアンテナ素子は、第１および第２の放射素子を有し、
前記第１の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子との間に位置するように設けられ、
前記第２の無給電素子は、前記反射板に垂直な方向から見た場合に、少なくとも一部が、前記第１のダイポールアンテナ素子の第２の放射素子と、前記第２のダイポールアンテナ素子の第１の放射素子との間に位置するように設けられ、
前記各無給電素子の幅方向の中心に沿った長さをＬ、使用周波数の自由空間波長をλとするとき、０．５λ≦Ｌ≦１．５λを満足することを特徴とするアンテナ。
前記各無給電素子の少なくとも一方は、中央部で２つに分割されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。