JP3926488B2 - 水平偏波水平無指向性スロットアンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水平偏波水平無指向性スロットアンテナに関し、特に携帯電話や自動車電話等の移動体通信装置に使用される水平偏波水平無指向性スロットアンテナに属する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や自動車電話などでは、通話時の電話器の保持角度がさまざまであったり、基地局の設置位置等による相互干渉などによって、垂直偏波水平無指向性アンテナのほかに水平偏波水平無指向性のアンテナが必要である。
水平偏波水平無指向性を有する従来のスロットアンテナの代表的な一例（第１の例）を図８に示す。この第１の例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナは、内部が空洞（キャビティ１１ｘ）で垂直方向に長い金属円筒７に、垂直方向に長く開口した放射スロット１０ｘが形成されており、この放射スロット１０ｘ部分に、給電線（図示省略）で給電して、放射スロット１０ｘから水平偏波、水平無指向性の電波を放射する構造となっている。
この第１の例では、立体構造の金属円筒７に、高い寸法精度が要求される放射スロット１０ｘを、機械加工により精密に形成するため、製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００３】
また、金属円筒７を細く（例えば使用電波の１０分の１波長程度）すると、スロット幅は狭く、スロット長は長くなって、機械加工による放射スロット１０ｘの形成が困難となる。そこで、放射スロットは誘電体基板に形成し、これを金属円筒の一部に挿入するようにした例（第２の例）がある（例えば、1997年電子情報通信学会通信ソサエティ大会論文「水平偏波無指向性ダイバーシチアンテナの検討」安藤他．参照）。この第２の例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを図９（ａ），（ｂ）に示す。
【０００４】
この第２の例は、垂直方向に長い四辺形状の誘電体基板１ｙの一方の面に銅箔２ｙを被着させ、この銅箔２ｙに垂直方向に長い放射スロット１０ｙを開口したスロット基板８と、このスロット基板８の左右の長辺部分で銅箔２ｙに接続して誘電体基板１ｙの裏面側（他方の面）を円筒状に覆う金属円筒７ａと、放射スロット１０ｙ部分に給電してこの放射スロット１０ｙから電波を放射させる給電線（図示省略）とを有する構成、構造となっている。
なお、この第２の例では、放射スロット１０ｙが垂直方向に２つ形成されており、垂直指向性利得を大きくしたコリニヤアレイ型となっている。コリニヤアレイ型として構成する場合、放射スロット間隔を狭くすると、これらの相互結合が強くなって利得が得られず、またインピーダンス整合がとり難くなるため、この第２の例では、使用電波の１波長よりわずかに短い（0.9波長）間隔としている。
【０００５】
この第２の例では、放射スロット１０ｙが、プリント配線基板の製造プロセスを用いて容易に高精度で形成することができるが、水平無指向性とするために、金属円筒７ａで裏面側を覆う必要があり、スロット基板８と金属円筒７ａとを接続するための製造工程が増加する。また、金属円筒を用いないで、プリント配線基板の製造プロセスを主体としてスロットアンテナを形成するようにした例（第３の例）もある（例えば、1995年電子情報通信学会総合大会論文「双指向性を有する円偏波棒状アンテナ」木屋他．参照）。
【０００６】
このような第３の例の代表的な構造を有するスロットアンテナ及びその水平方向の指向性を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。
この第３の例のスロットアンテナは、垂直方向に長い四辺形状の誘電体基板１ｚと、この誘電体基板１ｚの表面に被着し中央部分に垂直方向に長い放射スロット１０ｚを開口した銅箔２ｚと、誘電体基板１ｚの裏面に被着形成されて銅箔２ｚの放射スロット１０ｚ部分に給電し、放射スロット１０ｚから電波を放射させる給電線路４ｚとを有する構成、構造となっている。
この第３の例では、放射スロット１０ｚの前方から電波が放射されるのと同時に、その後方へも電波が放射されるため、水平方向の指向性は、図１０（ｃ）に示すように、双方向性となる。これを水平無指向性とするには、第２の例と同様の構造とするか、放射スロット１０ｚの後方に、奥行が使用電波の４分の１波長のキャビティを設ける必要がある。
【０００７】
なお、これらの例において、給電は、下端側からコネクタを介して、同軸線やマイクロストリップ線路を用いて行い、また給電点は、インピーダンス整合させるために、放射スロット（１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ）の中心位置から下方又は上方にオフセットした位置の、スロット開口部分で行う（オフセット給電法）のが一般的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の水平偏波水平無指向性スロットアンテナは、第１の例では、金属円筒７に直接、高い寸法精度の放射スロット１０ｘを形成する構造となっているために、立体構造に対する精密な機械加工が必要となり、製造コストが高くなるという問題点があり、第２の例では、放射スロット１０ｙが、誘電体基板１ｙの一方の面に被着した銅箔２ｙを開口することにより形成できるので、プリント配線基板の製造プロセスを用いて容易に形成することができるものの、長手方向にスリット状に欠損した円筒状の金属円筒７ａと誘電体基板１ｙに被着した銅箔２ｙとを接続するというむずかしい工程があり、やはり製造コストが高くなるという問題点があり、誘電体基板１ｚの一方の面に銅箔２ｚを被着して放射スロット１０ｚを開口した第３の例では、このままでは双指向性となるために、水平無指向性とするには、第２の例と同様の構造とするか、放射スロット１０ｚの後方に奥行が使用波長の４分の１波長のキャビティを設ける必要があり、キャビティを設けるとアンテナ外径が太くなって小型化できないという問題点がある。
【０００９】
また、図９に示された第２の例では、放射スロット１０ｙが２段のコリニヤアレイ型となっているが、放射スロット１０ｙの電波放射方向が同一であるためにこれら放射スロット１０ｙの間隔が狭くなると相互結合が強くなりすぎ、利得が得られず、インピーダンス整合が困難となるため、間隔を使用電波の１波長程度に保つ必要があり、長くなって小型化が困難であるという問題点がある。
【００１０】
更にまた、給電点が、そのインピーダンス整合のために、放射スロット（１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ）の中心位置から下方又は上方にオフセットした位置のスロット開口部分の２箇所しかないので、給電線路の引き回しに制約が生じ、設計が困難になるという問題点や、オフセット給電のため、スロット開口部分に生じる電磁界分布がわずかながら上下非対称となって、指向性が上下にやや非対称になるという問題点があり、また、給電線路をマイクロストリップ線路とした場合には、このマイクロストリップ線路からの放射がわずかながら発生し、この放射によって、偏波特性が劣化するという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、第１に、製造が容易で製造コストが安い水平偏波無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第２に、製造コストが安くかつアンテナ外径を細くして小型化が容易な水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第３に、製造が容易で製造コストが安くかつ長さ寸法を短くして小型化が容易なコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第４に、給電線路の引き回しの制約を緩和して設計の困難性を解消すると同時に、指向性の上下非対称を無くすことができる水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第５に、給電線路をマイクロストリップ線路とした場合でも、その放射による偏波特性の劣化を防止して、良好な偏波特性を得ることができる水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の水平偏波水平無指向性スロットアンテナは、上記の目的を達成するために次の各構成を有することを特徴とする。
（イ）厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が前記使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板
（ロ）前記誘電体基板の両表面それぞれの全面に被着した導電体層
（ハ）前記誘電体基板両表面の導電体層を、前記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って互いに短絡して、前記誘電体層と共に、前記誘電体基板の他方の長辺部分を前記使用電波の放射スロットとしこの放射スロットからの奥行寸法が前記使用電波の４分の１波長であるキャビティを形成する短絡用導電体
（ニ）前記誘電体基板両表面の導電体層のうちの一方を、この一方の導電体層との絶縁を保ちつつ貫通して他方の導電体層に接続し給電する給電用導電体
【００１３】
また、前記短絡用導電体を、前記誘電体基板の２つの短辺側の側面及び一方の長辺側の側面それぞれに被着した導電体層とするか、前記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿ってこの誘電体基板を貫通するスルーホール状の導電体として構成される。
【００１４】
また、前記給電用導電体による前記導電体層への給電が、オフセット給電法に基づくものであり、前記導電体層への給電点を、前記給電用導電体と前記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、前記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、前記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点として構成される。
【００１５】
また、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層構造として、前記誘電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とするか、渦巻き状に巻き付けた構造として、前記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状として構成される。
【００１６】
更に、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型として構成される。
【００１７】
第２の発明は、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記誘電体基板が、予め定められた厚さの２枚の積層用誘電体基板を積層して形成される積層構造であり、前記給電用導電体が、前記２枚の積層用誘電体基板の間に積層形成された給電用導電層と、前記２枚の積層用誘電体基板のうちの一方を貫通してこの一方の積層用誘電体基板の表面に被着した前記導電体層と前記給電用導電層との間を接続する給電導体とを含んで成るように構成される。
【００１８】
また、前記給電用導電体による前記導電体層への給電が、オフセット給電法に基づくものであり、前記導電体層への給電点を、前記給電用導電体と前記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、前記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、前記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点として構成される。
【００１９】
また、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた積層構造の誘電体基板を、更に１ないし複数回折り返して積層構造として、前記誘電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とするか、渦巻き状に巻き付けた構造として、前記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状として構成される。
【００２０】
更に、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型として構成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態は、厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が上記使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板と、この誘電体基板の両表面それぞれの全面に被着した導電体層と、上記誘電体基板両表面の導電体層を、上記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って短絡し、上記導電体層と共に、上記誘電体基板の他方の長辺部分を上記使用電波の放射スロットとしこの放射スロットからの奥行寸法が上記使用電波の４分の１波長であるキャビティを形成する短絡用導電体と、上記誘電体基板両表面の導電体層のうちの一方を、この一方の導電体層との絶縁を保ちつつ貫通して他方の導電体層に接続し給電する給電用導電体とを有する構成、構造となっている。このような構成、構造とすることにより、上記構成がプリント配線基板の製造プロセスのみで容易に形成することができ、製造コストを安くすることができる。
【００２２】
本発明の第２の実施の形態は、上記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層構造として、上記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とするか、上記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、渦巻き状に巻き付けた構造として、上記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状とした構造となっている。
このような構造とすることにより、金属円筒を用いることなくアンテナ外径を細く形成することができ、小型化が容易になる。
【００２３】
本発明の第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くように垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型の構成、構造となっている。
このような構成、構造とすることにより、複数の放射スロットの配列ピッチを使用電波の２分の１波長程度にすることができ、長さ方向の寸法を短くすることができて小型化が容易となる。
【００２４】
本発明の第４の実施の形態は、上記給電用導電体による上記導電体層への給電をオフセット給電法により行い、この導電体層への給電点を、上記給電用導電体と上記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、上記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、上記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点とする構成となっている。
【００２５】
このような構成、構造とすることにより、給電点を上記曲線上の広い範囲から選択することができるので、給電線路の引き回しに対する制約が緩和されて設計の困難性が解消でき、かつ、給電点を、放射スロット開口部分に対しキャビティの奥側にすることができるので、スロット開口部分に生じる電磁界分布が上下対称となって、その指向性も上下対称とすることができる。
【００２６】
本発明の第５の実施の形態は、誘電体基板が、予め定められた厚さの２枚の積層用誘電体基板を積層して形成される積層構造であり、上記給電用導電体が、上記２枚の積層用誘電体基板の間に積層形成された給電用導電層と、上記２枚の積層用誘電体基板のうちの一方を貫通してこの一方の積層用誘電体基板の表面に被着した上記導電体層と上記給電用導電層との間を接続する給電導体とを含んで成る構成となっている。
【００２７】
このような構成、構造とすることにより、給電線路（給電用導電層）をマイクロストリップ線路とした場合に、このマイクロストリップ線路が導電体層で覆い隠される形となるので、このマイクロストリップ線路からの不要な電波の放射が無くなり、良好な偏波特性を得ることができる。
【００２８】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を示す外観斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。この第１の実施例は、厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺が使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板１ａと、この誘電体基板１ａの両表面それぞれの全面に被着した銅箔２と、誘電体基板１ａ両表面の銅箔２を、誘電体基板１ａの２つの短辺側面及び一方の長辺側面それぞれに被着して互いに短絡し、銅箔２と共に、誘電体基板１ａの他方の長辺側面部分を使用電波の放射スロット１０としこの放射スロット１０からの奥行寸法が使用電波の４分の１波長であるキャビティ１１を形成する短絡用銅箔３と、誘電体基板１ａの両表面の銅箔２のうちの一方に被着積層された誘電体基板１ｂと、この誘電体基板１ｂの表面に形成された給電線路４、及びこの給電線路４とつながり、誘電体基板１ｂが被着積層された銅箔２をこの銅箔との絶縁を保ちつつ貫通して他方の銅箔２に接続する給電導体５からなり、銅箔２に給電する給電用導電体２０とを有する構成、構造となっている。
【００２９】
この第１の実施例において、給電用導電体２０から銅箔２に給電されると、放射スロット１０から、水平偏波の電波が水平方向に無指向性で放射される。
この第１の実施例は、プリント配線基板の製造プロセスのみを用いて形成することができ、従来の第１の例のような立体構造に対する精密な機械加工もなく、また、従来の第２の例のような金属円筒とスロット基板との間のむずかしい接続工程もないので、製造が容易であり、製造コストを安くすることができる。なお、この第１の実施例では、２枚の銅箔２間を、誘電体基板１ａの２つの短辺側面及び一方の長辺側面に被着する短絡用銅箔３を用いて互いに短絡したが、誘電体基板１ａの２つの短辺及び長辺に沿って、この誘電体基板１ａを貫通する複数個の導電体によるスルーホールを用いて互いに短絡するようにしてもよい。この場合、スルーホールの間隔は使用電波の波長より十分短くする。
【００３０】
図２（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例を示す断面図である。
図２（ａ）は、第１の実施例における銅箔２及び短絡用銅箔３が被着した誘電体基板１ａを、１回折り返して積層構造として、銅箔２及び短絡用銅箔３によるキャビティをコの字形状にし、放射スロット面に垂直な方向の寸法（横幅）が小さくなるようにしたものであり、各部の符号も第１の実施例とは異なるものを用いている。このような積層構造に伴って、誘電線路４ａ形成用の誘電体基板１ｄの横幅も細くなっている。図２（ａ）では１回折り返した積層構造であるが、放射スロット面に垂直な断面の横寸法（放射スロット面に垂直な方向の寸法）が縦寸法に比べて大きい場合には、折り返し回数を増やしてキャビティをジグザグ形状とし、縦，横寸法共、キャビティの奥行寸法より小さくする。
【００３１】
また、図２（ｂ）は、第１の実施例における銅箔２及び短絡用銅箔３が被着した誘電体基板１ａを、渦巻き状に巻き付けた構造として、銅箔２及び短絡用銅箔３によるキャビティを渦巻き形状とし、放射スロット面に垂直な断面の縦，横寸法が、キャビティの奥行寸法である使用電波の４分の１波長より十分小さくなるようにしたものである。図２（ｂ）においても、各部の符号は第１の実施例とは異なるものを使用しており、給電線路４ｂ形成用の誘電体基板１ｆも小さくなっている。
このような構造とすることにより、金属円筒を用いなくてもアンテナ外径を細くすることができて、製造コストが安く、かつ小型化した水平偏波水平無指向性スロットアンテナを得ることができる。
【００３２】
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施例を示す外観斜視図、Ａ矢視断面図、Ｂ矢視断面図及びＣ矢視断面図である。
この第３の実施例は、図１に示された第１の実施例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを２個（それぞれをアンテナ素子という）、放射スロット（３ｃ）が互いに逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ互いに逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナであり、銅箔（２ｃ）及び短絡用銅箔（３ｃ）が被着する誘電体基板（１ｇ）は２つのアンテナ素子に共有の１枚板となっているので、２つのアンテナ（素子）の境界部分の短絡用導電体は導電体によるスルーホール６となっている。また、給電線路４ｃを形成するための誘電体基板１ｈも２つのアンテナ素子に対し共用の１枚板となっており、給電線路４ｃ及び給電導体５ｃ，５ｄによる２つのアンテナ素子の銅箔に給電する給電点間は、使用電波の２分の１波長程度の距離として、互いに逆相給電するようになっている。
【００３３】
この第３の実施例においては、２つのアンテナ素子の放射スロット１０ｃ，１０ｄが互いに逆方向を向いているので、これらアンテナ素子間の相互結合を小さくすることができ、かつ、互いに逆相に給電されているので、これら２つのアンテナ素子の配列間隔を、利得がほぼ最大となる、使用電波の半波長程度とすることができる。すなわち、長さ方向（垂直方向）の寸法を短くすることができる。この第３の実施例による垂直方向及び水平方向の指向性を図４（ａ），（ｂ）に示す。
このように、第３の実施例では、プリント配線基板の製造プロセスのみを用いてコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを、容易にかつ安価に製作することができ、しかも長さ寸法を短くして小型化することができる。
【００３４】
なお、この第３の実施例の各アンテナ素子に、第２の実施例の技術を併せて用いれば、太さ寸法も小さくすることができる。
【００３５】
図５は本発明の第４の実施例を示す断面図である。
給電用導電体２０（給電線路４及び給電導体５）による銅箔２への給電は、オフセット給電法により行い、その給電点は、給電用導電体２０と銅箔２との間でインピーダンス整合がとれる、放射スロット１０開口部分の２点（ＰＳＰ）のうちの一方とするのが一般的であり、第１〜第３の実施例ではそのようにしているが、この第４の実施例では、上記２点（ＰＳＰ）を含み、この２点を、キャビティ１１の奥方向を経由して結ぶインピーダンス整合曲線ＩＭＣ上の任意に選択された１点としている。
【００３６】
従って、給電点の選択範囲が広くなって給電線路４の引き回しに対する自由度が高くなり（すなわち、引き回しの制約が緩和されて）、その設計が容易になる。しかも、給電点を、放射スロット１０開口部分に対し、キャビティ１１の奥側にすることができるので、給電点の影響がなくなってスロット開口部に生じる電磁界分布が上下対称となり、その指向性も上下対称とすることができる。また、給電線路４の引き回しに対する自由度が高くなることにより、この給電線路４の長さを短くすることができるので、給電線路４による電力損失の低減や、周波数帯域の低下防止が可能となる。
【００３７】
この第４の実施例は、前述の第２，第３の実施例にも適用することができる。
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施例を示す斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。
この第５の実施例は、前述の第１の実施例における誘電体基板１ａ相当の部分を、等しい厚さの２枚の積層用の誘電体基板１ｊ，１ｋを積層して形成する積層構造とし、給電用導電体（２０相当）を構成する給電用導電層の給電線路４ｄを、誘電体基板１ｊ，１ｋの間に積層形成し（トリプレート線路）、積層した誘電体基板１ｊ，１ｋの両表面に被着した銅箔２ｄの一方と給電線路４ｄとを、給電用導電体（２０相当）を構成する給電導体５ｅにより、誘電体基板１ｊを貫通して接続するようにしたものであり、積層した誘電体基板１ｊ，１ｋの両表面に被着した銅箔２ｄは、積層した誘電体基板１ｊ，１ｋの両短辺側面、及び一方の長辺側面で、短路用銅箔３ｄにより互いに短絡され、キャビティ１１ｅを形成している。当然ながら、第１の実施例における誘電体基板１ｂは無くなる。
【００３８】
この第５の実施例においては、マイクロストリップ線路による給電線路４ｄが、銅箔２ｄで覆い隠される形となるので、給電線路４ｄからの不要な電波の放射が無くなり、良好な偏波特性が得られる。
【００３９】
また、この第５の実施例においては、銅箔２ｄへの給電点を、第４の実施例におけるインピーダンス整合曲線ＩＭＣ上の選択された１点としており、この組合せにより、第４の実施例と同様の作用効果を兼ね備えるほか、給電線路４ｄを１本の真直ぐな（枝のない）線とすることができるので、より一層の、電力損失低減効果、周波数帯域低下防止効果が得られる。
なお、この第５の実施例は、前述の第２，第３の実施例にも適用することができる。
【００４０】
図７（ａ）〜（ｄ）は本発明の第６の実施例を示す外観斜視図、誘電体基板積層面における平面図、Ａ矢視断面図及びＢ矢視断面図である。
この第６の実施例は、図６に示された第５の実施例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを２個（それぞれをアンテナ素子という）、放射スロット（１０ｅ）が互いに逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ互いに逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型としたものであり、各アンテナ素子の銅箔（２ｄ）及び短絡用銅箔（３ｄ）が被着する積層用の誘電体基板１ｊ，１ｋは、これらアンテナ素子に共有の誘電体基板１ｍ，１ｎとなっているので、２つのアンテナ素子の境界部分の短絡用導電体は、導電体によるスルーホール６ａとなっている。また、積層した誘電体基板１ｍ，１ｎの両面に被着する銅箔２ｅも、２つのアンテナ素子に共有のものとなっている。更に、２つのアンテナ素子の給電点の間隔は使用電波の２分の１波長として互いに逆相給電しているので、２つのアンテナ素子の配列ピッチも使用電波の２分の１波長となっている。
【００４１】
この第６の実施例は、第３の実施例と同様の作用効果を有するほか、第４の実施例と同様に、給電線路４ｅの引き回し自由度アップによる設計の容易性の向上、指向性の上下対称性の向上、給電線路４ｅによる電力損失の低減及び周波数帯域の低下防止等の作用効果、第５の実施例と同様に、良好な偏波特性が得られるという作用効果があり、しかも、指向性の上下対称性が向上するので、配列設計が容易になり、かつコリニヤアレイ型の良好な指向性が得られるという利点がある。
【００４２】
なお、この第６の実施例をはじめ、前述の第１〜第５の実施例において、給電線路４，４ａ〜４ｅは、誘電体基板１ａ〜１ｈ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎの２つの長辺に対する中心線上に配置すれば、これら給電線路からの電波の影響をより一層少なくすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、第１に、厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が使用電波の４分の１程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板の両表面それぞれの全面に導電体層を被着させ、これら両表面の導電体層を、上記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って導電体で互いに短絡して、他方の長辺部分を使用電波の放射スロットとすると同時に、この放射スロットからの奥行が使用電波の４分の１波長のキャビティを形成し、上記導電体層に給電する構成、構造とすることにより、金属円筒を用いた場合のように立体構造に対する精密機械加工やむずかしい接続工程がなく、プリント配線基板の製造プロセスを用いて容易に製造することができて製造コストを安くすることができる効果があり、第２に、導電体層及びこれらを短絡する導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層してコの字形状またはジグザグ状のキャビティを形成するか、渦巻き状に巻き付けて渦巻き状のキャビティを形成する構造とすることにより、製造コストを安く、かつアンテナ外径を細くして小型化することができる効果があり、第３に、上記第１における構造のものを１つのアンテナ素子としてこのアンテナ素子を複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにした構成、構造とすることにより、製造が容易で製造コストが安く、かつ長さ寸法を短くして小型化したコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを得ることができる効果があり、第４に、オフセット給電法による給電点を、放射スロット開口部分の２点間を、キャビティの奥方向経由して結ぶインピーダンス整合曲線上の選択された１点とすることにより、給電線路の引き回し自由度が向上して設計の困難性を解消し、かつ、給電線路が短くなって電力損失の低減や周波数帯域の低下防止が可能になり、更に、給電点を放射スロット開口部分に対するキャビティ奥側にすることができて指向性の上下対称性を向上させることができるという効果があり、第５に、誘電体基板を、２枚の積層構造にして、その間にマイクロストリップ線路の給電用導電層を積層するトリプレート構造とすることにより、給電用導電層が導電体層で覆い隠されるので、給電用導電層からの不要な電波の放射が無くなり、良好な偏波特性を得ることができるという効果があり、更に、給電点をインピーダンス整合曲線上の選択された１点とし、かつトリプレート構造とすることにより、給電線路を枝葉のない真直ぐな線上とすることができて、より一層、電力損失の低減、及び周波数帯の低下防止が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す外観斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すキャビティがコの字形状及び渦巻き形状の場合の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す外観斜視図、Ａ矢視断面図、Ｂ矢視断面図及びＣ矢視断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例による垂直方向及び水平方向の指向性特性図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例を示す外観斜視図、誘電体基板積層面における平面図、Ａ矢視断面図及びＢ矢視断面図である。
【図８】従来の水平偏波水平無指向性スロットアンテナの第１の例を示す外観斜視図である。
【図９】従来の水平偏波水平無指向性スロットアンテナの第２の例の外観斜視図及び断面図である。
【図１０】プリント配線基板の製造プロセスを用いた従来の水平偏波スロットアンテナの表側及び裏側から見た外観斜視図及びその水平方向の指向性特性図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｈ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ，１ｙ，１ｚ 誘電体基板
２，２ａ〜２ｅ，２ｙ，２ｚ 銅箔
３，３ａ〜３ｅ 短絡用銅箔
４，４ａ〜４ｅ，４ｚ 給電線路
５，５ａ〜５ｇ 給電導体
６，６ａ スルーホール
７，７ａ 金属円筒
８ スロット基板
１０，１０ａ〜１０ｇ，１０ｘ〜１０ｚ 放射スロット
１１，１１ａ〜１１ｇ，１１ｘ キャビティ
２０ 給電用導電体
【発明の属する技術分野】
本発明は水平偏波水平無指向性スロットアンテナに関し、特に携帯電話や自動車電話等の移動体通信装置に使用される水平偏波水平無指向性スロットアンテナに属する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や自動車電話などでは、通話時の電話器の保持角度がさまざまであったり、基地局の設置位置等による相互干渉などによって、垂直偏波水平無指向性アンテナのほかに水平偏波水平無指向性のアンテナが必要である。
水平偏波水平無指向性を有する従来のスロットアンテナの代表的な一例（第１の例）を図８に示す。この第１の例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナは、内部が空洞（キャビティ１１ｘ）で垂直方向に長い金属円筒７に、垂直方向に長く開口した放射スロット１０ｘが形成されており、この放射スロット１０ｘ部分に、給電線（図示省略）で給電して、放射スロット１０ｘから水平偏波、水平無指向性の電波を放射する構造となっている。
この第１の例では、立体構造の金属円筒７に、高い寸法精度が要求される放射スロット１０ｘを、機械加工により精密に形成するため、製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００３】
また、金属円筒７を細く（例えば使用電波の１０分の１波長程度）すると、スロット幅は狭く、スロット長は長くなって、機械加工による放射スロット１０ｘの形成が困難となる。そこで、放射スロットは誘電体基板に形成し、これを金属円筒の一部に挿入するようにした例（第２の例）がある（例えば、1997年電子情報通信学会通信ソサエティ大会論文「水平偏波無指向性ダイバーシチアンテナの検討」安藤他．参照）。この第２の例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを図９（ａ），（ｂ）に示す。
【０００４】
この第２の例は、垂直方向に長い四辺形状の誘電体基板１ｙの一方の面に銅箔２ｙを被着させ、この銅箔２ｙに垂直方向に長い放射スロット１０ｙを開口したスロット基板８と、このスロット基板８の左右の長辺部分で銅箔２ｙに接続して誘電体基板１ｙの裏面側（他方の面）を円筒状に覆う金属円筒７ａと、放射スロット１０ｙ部分に給電してこの放射スロット１０ｙから電波を放射させる給電線（図示省略）とを有する構成、構造となっている。
なお、この第２の例では、放射スロット１０ｙが垂直方向に２つ形成されており、垂直指向性利得を大きくしたコリニヤアレイ型となっている。コリニヤアレイ型として構成する場合、放射スロット間隔を狭くすると、これらの相互結合が強くなって利得が得られず、またインピーダンス整合がとり難くなるため、この第２の例では、使用電波の１波長よりわずかに短い（0.9波長）間隔としている。
【０００５】
この第２の例では、放射スロット１０ｙが、プリント配線基板の製造プロセスを用いて容易に高精度で形成することができるが、水平無指向性とするために、金属円筒７ａで裏面側を覆う必要があり、スロット基板８と金属円筒７ａとを接続するための製造工程が増加する。また、金属円筒を用いないで、プリント配線基板の製造プロセスを主体としてスロットアンテナを形成するようにした例（第３の例）もある（例えば、1995年電子情報通信学会総合大会論文「双指向性を有する円偏波棒状アンテナ」木屋他．参照）。
【０００６】
このような第３の例の代表的な構造を有するスロットアンテナ及びその水平方向の指向性を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。
この第３の例のスロットアンテナは、垂直方向に長い四辺形状の誘電体基板１ｚと、この誘電体基板１ｚの表面に被着し中央部分に垂直方向に長い放射スロット１０ｚを開口した銅箔２ｚと、誘電体基板１ｚの裏面に被着形成されて銅箔２ｚの放射スロット１０ｚ部分に給電し、放射スロット１０ｚから電波を放射させる給電線路４ｚとを有する構成、構造となっている。
この第３の例では、放射スロット１０ｚの前方から電波が放射されるのと同時に、その後方へも電波が放射されるため、水平方向の指向性は、図１０（ｃ）に示すように、双方向性となる。これを水平無指向性とするには、第２の例と同様の構造とするか、放射スロット１０ｚの後方に、奥行が使用電波の４分の１波長のキャビティを設ける必要がある。
【０００７】
なお、これらの例において、給電は、下端側からコネクタを介して、同軸線やマイクロストリップ線路を用いて行い、また給電点は、インピーダンス整合させるために、放射スロット（１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ）の中心位置から下方又は上方にオフセットした位置の、スロット開口部分で行う（オフセット給電法）のが一般的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の水平偏波水平無指向性スロットアンテナは、第１の例では、金属円筒７に直接、高い寸法精度の放射スロット１０ｘを形成する構造となっているために、立体構造に対する精密な機械加工が必要となり、製造コストが高くなるという問題点があり、第２の例では、放射スロット１０ｙが、誘電体基板１ｙの一方の面に被着した銅箔２ｙを開口することにより形成できるので、プリント配線基板の製造プロセスを用いて容易に形成することができるものの、長手方向にスリット状に欠損した円筒状の金属円筒７ａと誘電体基板１ｙに被着した銅箔２ｙとを接続するというむずかしい工程があり、やはり製造コストが高くなるという問題点があり、誘電体基板１ｚの一方の面に銅箔２ｚを被着して放射スロット１０ｚを開口した第３の例では、このままでは双指向性となるために、水平無指向性とするには、第２の例と同様の構造とするか、放射スロット１０ｚの後方に奥行が使用波長の４分の１波長のキャビティを設ける必要があり、キャビティを設けるとアンテナ外径が太くなって小型化できないという問題点がある。
【０００９】
また、図９に示された第２の例では、放射スロット１０ｙが２段のコリニヤアレイ型となっているが、放射スロット１０ｙの電波放射方向が同一であるためにこれら放射スロット１０ｙの間隔が狭くなると相互結合が強くなりすぎ、利得が得られず、インピーダンス整合が困難となるため、間隔を使用電波の１波長程度に保つ必要があり、長くなって小型化が困難であるという問題点がある。
【００１０】
更にまた、給電点が、そのインピーダンス整合のために、放射スロット（１０ｘ，１０ｙ，１０ｚ）の中心位置から下方又は上方にオフセットした位置のスロット開口部分の２箇所しかないので、給電線路の引き回しに制約が生じ、設計が困難になるという問題点や、オフセット給電のため、スロット開口部分に生じる電磁界分布がわずかながら上下非対称となって、指向性が上下にやや非対称になるという問題点があり、また、給電線路をマイクロストリップ線路とした場合には、このマイクロストリップ線路からの放射がわずかながら発生し、この放射によって、偏波特性が劣化するという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、第１に、製造が容易で製造コストが安い水平偏波無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第２に、製造コストが安くかつアンテナ外径を細くして小型化が容易な水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第３に、製造が容易で製造コストが安くかつ長さ寸法を短くして小型化が容易なコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第４に、給電線路の引き回しの制約を緩和して設計の困難性を解消すると同時に、指向性の上下非対称を無くすことができる水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにあり、第５に、給電線路をマイクロストリップ線路とした場合でも、その放射による偏波特性の劣化を防止して、良好な偏波特性を得ることができる水平偏波水平無指向性スロットアンテナを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の水平偏波水平無指向性スロットアンテナは、上記の目的を達成するために次の各構成を有することを特徴とする。
（イ）厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が前記使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板
（ロ）前記誘電体基板の両表面それぞれの全面に被着した導電体層
（ハ）前記誘電体基板両表面の導電体層を、前記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って互いに短絡して、前記誘電体層と共に、前記誘電体基板の他方の長辺部分を前記使用電波の放射スロットとしこの放射スロットからの奥行寸法が前記使用電波の４分の１波長であるキャビティを形成する短絡用導電体
（ニ）前記誘電体基板両表面の導電体層のうちの一方を、この一方の導電体層との絶縁を保ちつつ貫通して他方の導電体層に接続し給電する給電用導電体
【００１３】
また、前記短絡用導電体を、前記誘電体基板の２つの短辺側の側面及び一方の長辺側の側面それぞれに被着した導電体層とするか、前記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿ってこの誘電体基板を貫通するスルーホール状の導電体として構成される。
【００１４】
また、前記給電用導電体による前記導電体層への給電が、オフセット給電法に基づくものであり、前記導電体層への給電点を、前記給電用導電体と前記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、前記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、前記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点として構成される。
【００１５】
また、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層構造として、前記誘電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とするか、渦巻き状に巻き付けた構造として、前記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状として構成される。
【００１６】
更に、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型として構成される。
【００１７】
第２の発明は、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記誘電体基板が、予め定められた厚さの２枚の積層用誘電体基板を積層して形成される積層構造であり、前記給電用導電体が、前記２枚の積層用誘電体基板の間に積層形成された給電用導電層と、前記２枚の積層用誘電体基板のうちの一方を貫通してこの一方の積層用誘電体基板の表面に被着した前記導電体層と前記給電用導電層との間を接続する給電導体とを含んで成るように構成される。
【００１８】
また、前記給電用導電体による前記導電体層への給電が、オフセット給電法に基づくものであり、前記導電体層への給電点を、前記給電用導電体と前記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、前記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、前記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点として構成される。
【００１９】
また、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた積層構造の誘電体基板を、更に１ないし複数回折り返して積層構造として、前記誘電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とするか、渦巻き状に巻き付けた構造として、前記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状として構成される。
【００２０】
更に、前記水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型として構成される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態は、厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が上記使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板と、この誘電体基板の両表面それぞれの全面に被着した導電体層と、上記誘電体基板両表面の導電体層を、上記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って短絡し、上記導電体層と共に、上記誘電体基板の他方の長辺部分を上記使用電波の放射スロットとしこの放射スロットからの奥行寸法が上記使用電波の４分の１波長であるキャビティを形成する短絡用導電体と、上記誘電体基板両表面の導電体層のうちの一方を、この一方の導電体層との絶縁を保ちつつ貫通して他方の導電体層に接続し給電する給電用導電体とを有する構成、構造となっている。このような構成、構造とすることにより、上記構成がプリント配線基板の製造プロセスのみで容易に形成することができ、製造コストを安くすることができる。
【００２２】
本発明の第２の実施の形態は、上記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層構造として、上記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とするか、上記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、渦巻き状に巻き付けた構造として、上記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状とした構造となっている。
このような構造とすることにより、金属円筒を用いることなくアンテナ外径を細く形成することができ、小型化が容易になる。
【００２３】
本発明の第３の実施の形態は、上記第１の実施の形態の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くように垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型の構成、構造となっている。
このような構成、構造とすることにより、複数の放射スロットの配列ピッチを使用電波の２分の１波長程度にすることができ、長さ方向の寸法を短くすることができて小型化が容易となる。
【００２４】
本発明の第４の実施の形態は、上記給電用導電体による上記導電体層への給電をオフセット給電法により行い、この導電体層への給電点を、上記給電用導電体と上記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、上記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、上記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点とする構成となっている。
【００２５】
このような構成、構造とすることにより、給電点を上記曲線上の広い範囲から選択することができるので、給電線路の引き回しに対する制約が緩和されて設計の困難性が解消でき、かつ、給電点を、放射スロット開口部分に対しキャビティの奥側にすることができるので、スロット開口部分に生じる電磁界分布が上下対称となって、その指向性も上下対称とすることができる。
【００２６】
本発明の第５の実施の形態は、誘電体基板が、予め定められた厚さの２枚の積層用誘電体基板を積層して形成される積層構造であり、上記給電用導電体が、上記２枚の積層用誘電体基板の間に積層形成された給電用導電層と、上記２枚の積層用誘電体基板のうちの一方を貫通してこの一方の積層用誘電体基板の表面に被着した上記導電体層と上記給電用導電層との間を接続する給電導体とを含んで成る構成となっている。
【００２７】
このような構成、構造とすることにより、給電線路（給電用導電層）をマイクロストリップ線路とした場合に、このマイクロストリップ線路が導電体層で覆い隠される形となるので、このマイクロストリップ線路からの不要な電波の放射が無くなり、良好な偏波特性を得ることができる。
【００２８】
【実施例】
次に本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施例を示す外観斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。この第１の実施例は、厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺が使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板１ａと、この誘電体基板１ａの両表面それぞれの全面に被着した銅箔２と、誘電体基板１ａ両表面の銅箔２を、誘電体基板１ａの２つの短辺側面及び一方の長辺側面それぞれに被着して互いに短絡し、銅箔２と共に、誘電体基板１ａの他方の長辺側面部分を使用電波の放射スロット１０としこの放射スロット１０からの奥行寸法が使用電波の４分の１波長であるキャビティ１１を形成する短絡用銅箔３と、誘電体基板１ａの両表面の銅箔２のうちの一方に被着積層された誘電体基板１ｂと、この誘電体基板１ｂの表面に形成された給電線路４、及びこの給電線路４とつながり、誘電体基板１ｂが被着積層された銅箔２をこの銅箔との絶縁を保ちつつ貫通して他方の銅箔２に接続する給電導体５からなり、銅箔２に給電する給電用導電体２０とを有する構成、構造となっている。
【００２９】
この第１の実施例において、給電用導電体２０から銅箔２に給電されると、放射スロット１０から、水平偏波の電波が水平方向に無指向性で放射される。
この第１の実施例は、プリント配線基板の製造プロセスのみを用いて形成することができ、従来の第１の例のような立体構造に対する精密な機械加工もなく、また、従来の第２の例のような金属円筒とスロット基板との間のむずかしい接続工程もないので、製造が容易であり、製造コストを安くすることができる。なお、この第１の実施例では、２枚の銅箔２間を、誘電体基板１ａの２つの短辺側面及び一方の長辺側面に被着する短絡用銅箔３を用いて互いに短絡したが、誘電体基板１ａの２つの短辺及び長辺に沿って、この誘電体基板１ａを貫通する複数個の導電体によるスルーホールを用いて互いに短絡するようにしてもよい。この場合、スルーホールの間隔は使用電波の波長より十分短くする。
【００３０】
図２（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例を示す断面図である。
図２（ａ）は、第１の実施例における銅箔２及び短絡用銅箔３が被着した誘電体基板１ａを、１回折り返して積層構造として、銅箔２及び短絡用銅箔３によるキャビティをコの字形状にし、放射スロット面に垂直な方向の寸法（横幅）が小さくなるようにしたものであり、各部の符号も第１の実施例とは異なるものを用いている。このような積層構造に伴って、誘電線路４ａ形成用の誘電体基板１ｄの横幅も細くなっている。図２（ａ）では１回折り返した積層構造であるが、放射スロット面に垂直な断面の横寸法（放射スロット面に垂直な方向の寸法）が縦寸法に比べて大きい場合には、折り返し回数を増やしてキャビティをジグザグ形状とし、縦，横寸法共、キャビティの奥行寸法より小さくする。
【００３１】
また、図２（ｂ）は、第１の実施例における銅箔２及び短絡用銅箔３が被着した誘電体基板１ａを、渦巻き状に巻き付けた構造として、銅箔２及び短絡用銅箔３によるキャビティを渦巻き形状とし、放射スロット面に垂直な断面の縦，横寸法が、キャビティの奥行寸法である使用電波の４分の１波長より十分小さくなるようにしたものである。図２（ｂ）においても、各部の符号は第１の実施例とは異なるものを使用しており、給電線路４ｂ形成用の誘電体基板１ｆも小さくなっている。
このような構造とすることにより、金属円筒を用いなくてもアンテナ外径を細くすることができて、製造コストが安く、かつ小型化した水平偏波水平無指向性スロットアンテナを得ることができる。
【００３２】
図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施例を示す外観斜視図、Ａ矢視断面図、Ｂ矢視断面図及びＣ矢視断面図である。
この第３の実施例は、図１に示された第１の実施例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを２個（それぞれをアンテナ素子という）、放射スロット（３ｃ）が互いに逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ互いに逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナであり、銅箔（２ｃ）及び短絡用銅箔（３ｃ）が被着する誘電体基板（１ｇ）は２つのアンテナ素子に共有の１枚板となっているので、２つのアンテナ（素子）の境界部分の短絡用導電体は導電体によるスルーホール６となっている。また、給電線路４ｃを形成するための誘電体基板１ｈも２つのアンテナ素子に対し共用の１枚板となっており、給電線路４ｃ及び給電導体５ｃ，５ｄによる２つのアンテナ素子の銅箔に給電する給電点間は、使用電波の２分の１波長程度の距離として、互いに逆相給電するようになっている。
【００３３】
この第３の実施例においては、２つのアンテナ素子の放射スロット１０ｃ，１０ｄが互いに逆方向を向いているので、これらアンテナ素子間の相互結合を小さくすることができ、かつ、互いに逆相に給電されているので、これら２つのアンテナ素子の配列間隔を、利得がほぼ最大となる、使用電波の半波長程度とすることができる。すなわち、長さ方向（垂直方向）の寸法を短くすることができる。この第３の実施例による垂直方向及び水平方向の指向性を図４（ａ），（ｂ）に示す。
このように、第３の実施例では、プリント配線基板の製造プロセスのみを用いてコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを、容易にかつ安価に製作することができ、しかも長さ寸法を短くして小型化することができる。
【００３４】
なお、この第３の実施例の各アンテナ素子に、第２の実施例の技術を併せて用いれば、太さ寸法も小さくすることができる。
【００３５】
図５は本発明の第４の実施例を示す断面図である。
給電用導電体２０（給電線路４及び給電導体５）による銅箔２への給電は、オフセット給電法により行い、その給電点は、給電用導電体２０と銅箔２との間でインピーダンス整合がとれる、放射スロット１０開口部分の２点（ＰＳＰ）のうちの一方とするのが一般的であり、第１〜第３の実施例ではそのようにしているが、この第４の実施例では、上記２点（ＰＳＰ）を含み、この２点を、キャビティ１１の奥方向を経由して結ぶインピーダンス整合曲線ＩＭＣ上の任意に選択された１点としている。
【００３６】
従って、給電点の選択範囲が広くなって給電線路４の引き回しに対する自由度が高くなり（すなわち、引き回しの制約が緩和されて）、その設計が容易になる。しかも、給電点を、放射スロット１０開口部分に対し、キャビティ１１の奥側にすることができるので、給電点の影響がなくなってスロット開口部に生じる電磁界分布が上下対称となり、その指向性も上下対称とすることができる。また、給電線路４の引き回しに対する自由度が高くなることにより、この給電線路４の長さを短くすることができるので、給電線路４による電力損失の低減や、周波数帯域の低下防止が可能となる。
【００３７】
この第４の実施例は、前述の第２，第３の実施例にも適用することができる。
図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施例を示す斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。
この第５の実施例は、前述の第１の実施例における誘電体基板１ａ相当の部分を、等しい厚さの２枚の積層用の誘電体基板１ｊ，１ｋを積層して形成する積層構造とし、給電用導電体（２０相当）を構成する給電用導電層の給電線路４ｄを、誘電体基板１ｊ，１ｋの間に積層形成し（トリプレート線路）、積層した誘電体基板１ｊ，１ｋの両表面に被着した銅箔２ｄの一方と給電線路４ｄとを、給電用導電体（２０相当）を構成する給電導体５ｅにより、誘電体基板１ｊを貫通して接続するようにしたものであり、積層した誘電体基板１ｊ，１ｋの両表面に被着した銅箔２ｄは、積層した誘電体基板１ｊ，１ｋの両短辺側面、及び一方の長辺側面で、短路用銅箔３ｄにより互いに短絡され、キャビティ１１ｅを形成している。当然ながら、第１の実施例における誘電体基板１ｂは無くなる。
【００３８】
この第５の実施例においては、マイクロストリップ線路による給電線路４ｄが、銅箔２ｄで覆い隠される形となるので、給電線路４ｄからの不要な電波の放射が無くなり、良好な偏波特性が得られる。
【００３９】
また、この第５の実施例においては、銅箔２ｄへの給電点を、第４の実施例におけるインピーダンス整合曲線ＩＭＣ上の選択された１点としており、この組合せにより、第４の実施例と同様の作用効果を兼ね備えるほか、給電線路４ｄを１本の真直ぐな（枝のない）線とすることができるので、より一層の、電力損失低減効果、周波数帯域低下防止効果が得られる。
なお、この第５の実施例は、前述の第２，第３の実施例にも適用することができる。
【００４０】
図７（ａ）〜（ｄ）は本発明の第６の実施例を示す外観斜視図、誘電体基板積層面における平面図、Ａ矢視断面図及びＢ矢視断面図である。
この第６の実施例は、図６に示された第５の実施例の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを２個（それぞれをアンテナ素子という）、放射スロット（１０ｅ）が互いに逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ互いに逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型としたものであり、各アンテナ素子の銅箔（２ｄ）及び短絡用銅箔（３ｄ）が被着する積層用の誘電体基板１ｊ，１ｋは、これらアンテナ素子に共有の誘電体基板１ｍ，１ｎとなっているので、２つのアンテナ素子の境界部分の短絡用導電体は、導電体によるスルーホール６ａとなっている。また、積層した誘電体基板１ｍ，１ｎの両面に被着する銅箔２ｅも、２つのアンテナ素子に共有のものとなっている。更に、２つのアンテナ素子の給電点の間隔は使用電波の２分の１波長として互いに逆相給電しているので、２つのアンテナ素子の配列ピッチも使用電波の２分の１波長となっている。
【００４１】
この第６の実施例は、第３の実施例と同様の作用効果を有するほか、第４の実施例と同様に、給電線路４ｅの引き回し自由度アップによる設計の容易性の向上、指向性の上下対称性の向上、給電線路４ｅによる電力損失の低減及び周波数帯域の低下防止等の作用効果、第５の実施例と同様に、良好な偏波特性が得られるという作用効果があり、しかも、指向性の上下対称性が向上するので、配列設計が容易になり、かつコリニヤアレイ型の良好な指向性が得られるという利点がある。
【００４２】
なお、この第６の実施例をはじめ、前述の第１〜第５の実施例において、給電線路４，４ａ〜４ｅは、誘電体基板１ａ〜１ｈ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎの２つの長辺に対する中心線上に配置すれば、これら給電線路からの電波の影響をより一層少なくすることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、第１に、厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が使用電波の４分の１程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板の両表面それぞれの全面に導電体層を被着させ、これら両表面の導電体層を、上記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って導電体で互いに短絡して、他方の長辺部分を使用電波の放射スロットとすると同時に、この放射スロットからの奥行が使用電波の４分の１波長のキャビティを形成し、上記導電体層に給電する構成、構造とすることにより、金属円筒を用いた場合のように立体構造に対する精密機械加工やむずかしい接続工程がなく、プリント配線基板の製造プロセスを用いて容易に製造することができて製造コストを安くすることができる効果があり、第２に、導電体層及びこれらを短絡する導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層してコの字形状またはジグザグ状のキャビティを形成するか、渦巻き状に巻き付けて渦巻き状のキャビティを形成する構造とすることにより、製造コストを安く、かつアンテナ外径を細くして小型化することができる効果があり、第３に、上記第１における構造のものを１つのアンテナ素子としてこのアンテナ素子を複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにした構成、構造とすることにより、製造が容易で製造コストが安く、かつ長さ寸法を短くして小型化したコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを得ることができる効果があり、第４に、オフセット給電法による給電点を、放射スロット開口部分の２点間を、キャビティの奥方向経由して結ぶインピーダンス整合曲線上の選択された１点とすることにより、給電線路の引き回し自由度が向上して設計の困難性を解消し、かつ、給電線路が短くなって電力損失の低減や周波数帯域の低下防止が可能になり、更に、給電点を放射スロット開口部分に対するキャビティ奥側にすることができて指向性の上下対称性を向上させることができるという効果があり、第５に、誘電体基板を、２枚の積層構造にして、その間にマイクロストリップ線路の給電用導電層を積層するトリプレート構造とすることにより、給電用導電層が導電体層で覆い隠されるので、給電用導電層からの不要な電波の放射が無くなり、良好な偏波特性を得ることができるという効果があり、更に、給電点をインピーダンス整合曲線上の選択された１点とし、かつトリプレート構造とすることにより、給電線路を枝葉のない真直ぐな線上とすることができて、より一層、電力損失の低減、及び周波数帯の低下防止が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す外観斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示すキャビティがコの字形状及び渦巻き形状の場合の断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す外観斜視図、Ａ矢視断面図、Ｂ矢視断面図及びＣ矢視断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例による垂直方向及び水平方向の指向性特性図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す斜視図、分解斜視図及びＡ矢視断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例を示す外観斜視図、誘電体基板積層面における平面図、Ａ矢視断面図及びＢ矢視断面図である。
【図８】従来の水平偏波水平無指向性スロットアンテナの第１の例を示す外観斜視図である。
【図９】従来の水平偏波水平無指向性スロットアンテナの第２の例の外観斜視図及び断面図である。
【図１０】プリント配線基板の製造プロセスを用いた従来の水平偏波スロットアンテナの表側及び裏側から見た外観斜視図及びその水平方向の指向性特性図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｈ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ，１ｙ，１ｚ 誘電体基板
２，２ａ〜２ｅ，２ｙ，２ｚ 銅箔
３，３ａ〜３ｅ 短絡用銅箔
４，４ａ〜４ｅ，４ｚ 給電線路
５，５ａ〜５ｇ 給電導体
６，６ａ スルーホール
７，７ａ 金属円筒
８ スロット基板
１０，１０ａ〜１０ｇ，１０ｘ〜１０ｚ 放射スロット
１１，１１ａ〜１１ｇ，１１ｘ キャビティ
２０ 給電用導電体
Claims (12)
- 次の各構成を有することを特徴とする水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
（イ）厚さ寸法が使用電波の波長より十分小さく、短辺寸法が前記使用電波の４分の１波長程度で垂直方向を長辺とする四辺形状の誘電体基板
（ロ）前記誘電体基板の両表面それぞれの全面に被着した導電体層
（ハ）前記誘電体基板両表面の導電体層を、前記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿って互いに短絡して、前記誘電体層と共に、前記誘電体基板の他方の長辺部分を前記使用電波の放射スロットとしこの放射スロットからの奥行寸法が前記使用電波の４分の１波長であるキャビティを形成する短絡用導電体
（ニ）前記誘電体基板両表面の導電体層のうちの一方を、この一方の導電体層との絶縁を保ちつつ貫通して他方の導電体層に接続し給電する給電用導電体 - 前記短絡用導電体が、前記誘電体基板の２つの短辺側の側面及び一方の長辺側の側面それぞれに被着した導電体層である請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 前記短絡用導電体が、前記誘電体基板の２つの短辺及び一方の長辺に沿ってこの誘電体基板を貫通するスルーホール状の導電体である請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 前記給電用導電体による前記導電体層への給電が、オフセット給電法に基づくものであり、前記導電体層への給電点が、前記給電用導電体と前記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、前記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、前記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点である請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、１ないし複数回折り返して積層構造として、前記誘電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とした水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた誘電体基板を、渦巻き状に巻き付けた構造として、前記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状とした水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項１記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記誘電体基板が、予め定められた厚さの２枚の積層用誘電体基板を積層して形成される積層構造であり、前記給電用導電体が、前記２枚の積層用誘電体基板の間に積層形成された給電用導電層と、前記２枚の積層用誘電体基板のうちの一方を貫通してこの一方の積層用誘電体基板の表面に被着した前記導電体層と前記給電用導電層との間を接続する給電導体とを含んで成る水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 前記給電用導電体による前記導電体層への給電が、オフセット給電法に基づくものであり、前記導電体層への給電点が、前記給電用導電体と前記導電体層との間でインピーダンス整合がとれる、前記放射スロット開口部分の２点を含み、この２点を、前記キャビティの奥方向を経由して結ぶ曲線上の選択された１点である請求項８記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項８記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた積層構造の誘電体基板を、更に１ないし複数回折り返して積層構造として、前記誘電体層及び短絡用導電体によるキャビティをコの字形状またはジグザグ形状とした水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項８記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナにおいて、前記導電体層及び短絡用導電体が設けられた積層構造の誘電体基板を、渦巻き状に巻き付けた構造として、前記導電体層及び短絡用導電体によるキャビティを渦巻き形状とした水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
- 請求項８記載の水平偏波水平無指向性スロットアンテナを複数個、放射スロットが交互に逆方向を向くようにして垂直方向に積み重ね配列し、かつ交互に逆相給電するようにしたコリニヤアレイ型の水平偏波水平無指向性スロットアンテナ。
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