JP4053973B2

JP4053973B2 - スロットアンテナ装置

Info

Publication number: JP4053973B2
Application number: JP2003403513A
Authority: JP
Inventors: 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: JP2005167603A

Description

本発明は、導体部材に設けたスロットを励振させるスロットアンテナ装置に関する。

スロットアンテナ装置には、所定寸法のスロットが形成された金属箔や金属板等からなる導体部材と、増幅器や発振器等を含む高周波回路が配設された回路基板とが具備されており、この回路基板に接続された給電ライン等の給電手段を介して導体部材の適宜位置に給電を行うことにより、スロットを励振させて直線偏波を放射させることができる。この種のスロットアンテナ装置の従来例としては、回路基板の一側部にアンテナ部を設けた構成のものが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

図５はかかる従来のスロットアンテナ装置の要部平面図であって、誘電体等からなる基板１の一側部に設けられたアンテナ部２を示している。同図において、基板１の片面にはスロット３を有する導体層４が形成されており、基板１の他面にはスロット３を幅方向に横切る給電ライン５が形成されている。また、基板１の図示せぬ延長部分は、高周波回路が配設された回路部６となっている。導体層４や給電ライン５は銅箔等をパターニングしてなるもので、この導体層４に包囲された直線状の開口部分がスロット３となっている。このスロット３は、長手寸法が共振長λの約２分の１に設定されている。給電ライン５は回路部６から導出されたマイクロストリップ線路であり、この給電ライン５を介してスロット３の幅方向両端近傍に給電することにより、スロット３を励振させることができる。
特開２００３−２３４６１５号公報（第３−４頁、図３）

しかしながら、図５に示す従来のスロットアンテナ装置は、高周波回路が配設されている基板１の延出部分（一側部）をアンテナ部２の領域として利用しているため、基板１の面積が増大して装置全体が小型化しにくいという問題があった。また、アンテナ効率を高めるためには基板１として誘電体損失の少ないものを使用することが好ましいが、誘電体損失の少ない誘電体基板は高価なため、安価に製造することも困難であった。

また、図５において、スロット３の近傍に該スロット３の長手方向と直交する方向に延びる別のスロットを設け、この別のスロットをスロット３の共振モードに対し約９０度の位相差で励振させれば、円偏波用のスロットアンテナ装置を得ることは可能であるが、その場合、アンテナ部２に広いスペースが必要となるため装置全体の小型化は一層困難になる。しかも、一対のスロットの共振モードに約９０度の位相差を生じさせるためには給電回路に９０度位相差回路部を組み込むなどの対策が必要であることから、回路構成が複雑化してコストアップを伴うという問題もあった。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が容易で安価に製造でき、かつ円偏波用としても好適なスロットアンテナ装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明のスロットアンテナ装置では、高周波回路を配設した回路基板と、この回路基板に対向して配置された板金製の放射板とを備え、この放射板にスロットと給電用突片とを設けると共に、この該給電用突片を前記回路基板に接続し、前記スロットを前記給電用突片によって励振させるように構成し、前記スロットが第１のスロットの長手方向一端部に第２のスロットを直交させてなる略Ｔ字形の開口であり、前記給電用突片によって前記第１のスロットが励振されると共に、前記給電用突片によって前記第２のスロットが前記第１のスロットの共振モードに対し約９０度の位相差で励振されるようになして、円偏波アンテナとして動作する構成とした。

このように構成されたスロットアンテナ装置は、一枚の金属板をプレス加工することによって、スロットおよび給電用突片を有する放射板を簡単かつ正確に形成することができ、アンテナ用の誘電体基板を省略できるため、大幅なコストダウンが図れる。また、この放射板は回路基板に対向して配置されるため、装置全体の小型化も容易である。

さらに、前記スロットが、第１のスロットの長手方向一端部に第２のスロットを直交させてなる略Ｔ字形の開口であり、前記給電用突片によって前記第１のスロットが励振されると共に、前記給電用突片によって前記第２のスロットが前記第１のスロットの共振モードに対し約９０度の位相差で励振されるように構成したスロットアンテナ装置の場合、円偏波アンテナとして動作させることができる。この場合、給電用突片が、スロットの周縁から該スロット内へ突出して第１および第２のスロットを横切る位置に配置された帯状片であれば好ましい。あるいは、給電用突片が、スロットから所定量離れた位置で回路基板側へ折曲された切り起こし片であっても好ましい。

また、かかる構成のスロットアンテナ装置において、前記スロットの閉端部が他部よりも幅広に形成されている場合には、該閉端部が他部と同幅である場合よりも共振周波数が低くなるため、装置全体の小型化が促進しやすくなる。

また、かかる構成のスロットアンテナ装置において、前記回路基板を収納するシールドケースを備え、該シールドケースの一面が前記放射板を兼ねている場合には、専用の放射板が不要となるため製造コストが一層低減できる。この場合、シールドケースのスロット閉端近傍に切欠き部が設けてあれば、該切欠き部の存しない場合に比べて帯域幅が広くなるという利点がある。

本発明のスロットアンテナ装置は、一枚の金属板からスロットおよび給電用突片を有する放射板を簡単かつ正確に形成することができるため、安価に製造できると共に、この放射板を回路基板に対向して配置する構成なので、装置全体の小型化が容易である。

また、本発明のスロットアンテナ装置は、放射板のスロットを、第１のスロットの一端部に第２のスロットを直交させてなる略Ｔ字形の開口となし、給電用突片によって第１のスロットと第２のスロットを約９０度の位相差で励振させることにより、円偏波アンテナとして動作させることができる。したがって、小型化が容易で安価に製造できる円偏波用のスロットアンテナ装置が得られる。

以下、発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るスロットアンテナ装置の斜視図、図２は該スロットアンテナ装置の断面図、図３は該スロットアンテナ装置の平面図である。

これらの図に示すスロットアンテナ装置１０は、増幅器や発振器等を含む高周波回路１１が配設された回路基板１２と、この回路基板１２を収納する筐体で良導電製の金属板からなるシールドケース１３とによって主に構成されており、シールドケース１３の天板部１３ａが放射板を兼ねている。この天板部１３ａには、略Ｔ字形の開口であるスロット１４と、スロット１４内に配置された片持ち状の帯状片である給電用突片１５とが設けられている。スロット１４は、第１のスロット１４ａの長手方向一端部に第２のスロット１４ｂを直交させた形状に打ち抜かれている。給電用突片１５は、スロット１４の周縁から該スロット１４内へ突出して第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂを横切る位置に配置されており、この給電用突片１５の先端部分は回路基板１２の給電回路に接続されている。

略Ｔ字形のスロット１４内における給電用突片１５の配置について詳しく説明すると、スロット１４の周縁と連続する給電用突片１５の基端部１５ａは、第１のスロット１４ａの長手方向略中央を横切るように延びており、この基端部１５ａの先端側に連続する中間部１５ｂは、第１のスロット１４ａ内を長手方向に延びて第２のスロット１４ｂの略中央を横切るように配置させてある。そして、この中間部１５ｂの先端側に連続する先端部１５ｃが、下向きに折り曲げられて回路基板１２に半田付けされている。したがって、給電用突片１５の基端部１５ａを給電ラインとして第１のスロット１４ａを励振させることができると共に、給電用突片１５の中間部１５ｂを給電ラインとして第２のスロット１４ｂを励振させることができる。なお、図３から明らかなように、中間部１５ｂは第１のスロット１４ａを長手方向に沿って二分割する直線に対しオフセットさせてあるため、中間部１５ｂを挟んで対向する第１のスロット１４ａの幅方向両端部の間には給電時に電位差が発生する。

給電回路から給電用突片１５に信号電流が供給されると、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂがそれぞれ励振されて互いに直交する直線偏波が放射されるが、基端部１５ａを流れる信号電流の位相と中間部１５ｂを流れる信号電流の位相とが異なるため、給電用突片１５の形状や形成位置を適宜選択することによって、第１のスロット１４ａの共振モードと第２のスロット１４ｂの共振モードとの間に約９０度の位相差を生じさせることができる。それゆえ、このスロットアンテナ装置１０は、略Ｔ字形のスロット１４から円偏波を放射する円偏波アンテナとして動作させることができる。

なお、高周波回路１１はシールドケース１３に覆われているため、外来電波から遮蔽されて高信頼性が確保されている。また、このシールドケース１３の底板部１３ｂは、スロット１４から下方へ放射される電波を反射するリフレクタとして機能するため、スロットアンテナ装置１０は上方へ放射される電波が強まって良好な指向性が期待できる。

また、このシールドケース１３には、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部１６が形成されている。これらの切欠き部１６は、各スロット１４ａ，１４ｂの磁界領域（電流最大領域）に付設されたキャパシタとして機能するため、該磁界領域における電流経路を周波数に応じて異ならせることができる。したがって、これらの切欠き部１６を設けることにより、スロットアンテナ装置１０の帯域幅を広げることができる。

このように本実施形態例に係るスロットアンテナ装置１０は、略Ｔ字形のスロット１４内に給電用突片１５を突設して給電を行うことにより、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂを約９０度の位相差で励振させるというものなので、給電回路を複雑化することなく円偏波アンテナとして動作させることができる。また、このスロットアンテナ装置１０は、回路基板１２を収納するシールドケース１３を活用して、その天板部１３ａにスロット１４および給電用突片１５を形成しているので、部品点数が非常に少なくて大きさもコンパクトになっている。しかも、これらのスロット１４や給電用突片１５は、プレス加工によって簡単かつ正確に形成することができる。それゆえ、このスロットアンテナ装置１０は極めて安価に製造することができて、小型化も容易である。

図４は本発明の第２実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図であって、図３と対応する部分には同一符号が付してある。図４に示すスロットアンテナ装置２０は、スロット１４から所定量離れた位置に切り起こし片からなる給電用突片２１を設けた点が、前述した第１実施形態例と大きく異なっている。すなわち、このスロットアンテナ装置２０では、スロット１４内に給電用突片を配置させておらず、天板部１３ａの一部を切り起こして下方の回路基板側へ折り曲げることにより、通常の給電ピンと同様に機能する給電用突片２１を形成している。

給電用突片２１から第１のスロット１４ａまでの最短距離と第２のスロット１４ｂまでの最短距離は同等であるが、各スロット１４ａ，１４ｂの長手寸法は所定量異なるため、給電用突片２１を介して天板部１３ａが給電されると第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂは約９０度の位相差で励振されて、スロットアンテナ装置２０は円偏波アンテナとして動作する。ただし、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂの長手寸法が同等であっても、給電用突片２１から各スロット１４ａ，１４ｂまでの最短距離が所定量異なるように該給電用突片２１の位置を適宜設定すれば、スロットアンテナ装置２０を円偏波アンテナとして動作させることはできる。

また、このスロットアンテナ装置２０は、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの閉端付近が他部よりも幅広に切り欠かれた幅広部１４ｃとなっている。このように各スロット１４ａ，１４ｂの幅寸法が、磁界領域（電流最大領域）である閉端部で拡幅されていると、電流の経路長が増大するため共振周波数が低くなる。したがって、特定の周波数で共振させるために必要な各スロット１４ａ，１４ｂの長手寸法が縮小できて、装置全体の小型化が促進しやすくなる。

なお、上述した各実施形態例ではいずれも、板金製の放射板に略Ｔ字形のスロットを開設した円偏波用のスロットアンテナ装置について説明しているが、一直線状のスロットを励振させる直線偏波用のスロットアンテナ装置の場合も、板金製の放射板に該スロットと給電用突片を設けることによって装置全体の小型化やコストダウンを図ることはできる。

本発明の第１実施形態例に係るスロットアンテナ装置の斜視図である。該スロットアンテナ装置の断面図である。該スロットアンテナ装置の平面図である。本発明の第２実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図である。従来例に係るスロットアンテナ装置の要部平面図である。

符号の説明

１０，２０スロットアンテナ装置
１１高周波回路
１２回路基板
１３シールドケース
１３ａ天板部
１４スロット
１４ａ第１のスロット
１４ｂ第２のスロット
１４ｃ幅広部
１５，２１給電用突片
１６切欠き部

Claims

高周波回路を配設した回路基板と、この回路基板に対向して配置された板金製の放射板とを備え、この放射板にスロットと給電用突片とを設けると共に、この該給電用突片を前記回路基板に接続し、前記スロットを前記給電用突片によって励振させるように構成し、
前記スロットが第１のスロットの長手方向一端部に第２のスロットを直交させてなる略Ｔ字形の開口であり、前記給電用突片によって前記第１のスロットが励振されると共に、前記給電用突片によって前記第２のスロットが前記第１のスロットの共振モードに対し約９０度の位相差で励振されるようになして、円偏波アンテナとして動作することを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記給電用突片が、前記スロットの周縁から該スロット内へ突出して前記第１および第２のスロットを横切る位置に配置された帯状片からなることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記給電用突片が、前記スロットから所定量離れた位置で前記回路基板側へ折曲された切り起こし片からなることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記スロットの閉端部が他部よりも幅広に形成されていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記回路基板を収納するシールドケースを備え、該シールドケースの一面が前記放射板を兼ねていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項５の記載において、前記シールドケースが前記スロットの閉端近傍に切欠き部を有することを特徴とするスロットアンテナ装置。