JP4242845B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、ＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナに対応可能な平面アンテナに関する。

誘電体基板上に、放射器エレメント及び反射器エレメントを薄肉導体によって形成した平面アンテナは、既に種々のものが知られている。例えば、特許文献１には、互いに平行な表裏面を有する誘電体基板の表面にダイポールエレメントを、裏面に反射器エレメントを、それぞれ導体箔によって形成した折返しダイポールアンテナが開示されている。
特表平９−５０５６９６号公報

この従来の平面アンテナでは、誘電体基板の表面に設けられた放射器エレメントに対して、反射器エレメントが誘電体の裏面側に位置しているため、平面ダイポールとしての放射指向性は、裏面側から表面方向へと向かう方向に改善されている。

このような指向性のアンテナは、受信アンテナとして用いる場合、受信機の筐体の一面において一体化するには適しているが、例えば、薄型の地上波デジタル放送受信用平面アンテナとしては、厚さを極限まで薄くすることができない。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決すべくなされたものであって、薄肉化が可能で、しかも垂直面（Ｅ面）の指向性を向上させ、指向方向の前後の利得を上げることができる、製作の容易な平面アンテナを提供することを目的とする。

本発明の「平面アンテナ」は、誘電体基板上に形成された半波長ダイポール放射器エレメントと、この放射器エレメントの両端部を一部の長さ部分に亘り外側から囲んで誘電体基板上に互いに対向するように形成された一対の反射器エレメントとを備え、放射器エレメントと反射器エレメントがいずれも誘電体基板上の同一平面上に形成された薄肉導体ストリップからなり、両反射器エレメントを形成する薄肉導体ストリップが、放射器エレメントを間にして互いに離間して向かい合うコ字状のパターンに形成されいることを特徴としている。

尚、反射器エレメントの内周縁と、放射器エレメントの外周縁との間隔寸法は、放射器エレメントの共振波長λに対して０．１〜０．２λに相当する範囲内に設定することが好ましい。また、放射器エレメントは、折返しダイポールとして形成されていることが好ましい。

放射器エレメントの励振ギャップは、対向配置された両反射器エレメント間の離間間隙内に位置させることができる。従って、励振ギャップの両側に位置する給電端子及びそれに付属する接栓端子金具固定用の導体パッチを、両反射器エレメント間の離間間隙内に形成することが可能であって、これら給電端子及び導体パッチの形成も、各エレメントの薄肉導体ストリップの形成と共に、例えば、単純に一層の導体箔のエッチングによって同時処理が可能である。

また、本発明に係るＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナは、上記のような構成の平面アンテナからなることを特徴としている。

一般に、基準ダイポールに対するダイポールアンテナ単体の相対利得は通常０ｄＢであるが、本発明の平面アンテナでは、上述のような各エレメントの配置によって平面アンテナの垂直面指向性が基準半波長ダイポールに対して向上し、半波長ダイポール本来の所謂８字形の水平面指向性と共に、アンテナ表裏面方向の相対利得を上げることができる。加えて、一対のコ字状パターンの反射器エレメントが、互いの開口部側を向かい合わせにして放射器エレメントの両端部を一部の長さ部分に亘り外側から囲んでいるので、導体ストリップの幅寸法の適正な選定と共に、インピーダンス特性も向上し、例えば１〜２ｄＢに利得を上げることが可能である。

更に、本発明によれば、誘電体基板上に単一層の金属箔で全てのエレメント及び給電端子が形成できるため、シンプルな平面プレート形のアンテナを、僅かな工程数で容易に製作することができる。

以下、図面に沿って本発明の好適な実施形態について説明する。図１及び図２は、「ＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナ」として好適に用いることができる本発明の平面アンテナ１００の主要構成部分を示す図である。この平面アンテナ１００は、図示されているように、誘電体基板１１０の表面１１２上に形成された半波長ダイポール放射器エレメント１２０と、放射器エレメント１２０の両端部を一部の長さ部分に亘って外側から囲んで、誘電体基板１１０の同じ表面１１２上に互いに向かい合うように形成された一対の無給電の反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂとを備えている。

これらの放射器エレメント１２０と反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂは、いずれも誘電体基板１１０の同一平面１１２上に形成された薄肉導体ストリップからなり、これらの薄肉導体ストリップは、厚さ０．０２〜０．５ｍｍ程度の金属箔（例えば、銅箔、アルミニウム箔）によって構成されている。

誘電体基板１１０は、少なくとも一方の表面が、前記薄肉導体ストリップの被着形成に適した平坦な面を有し、誘電率が２〜６程度の合成樹脂（例えば、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレン等）によって構成されている。

両反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂを形成する薄肉導体ストリップは、放射器エレメント１２０を間にして互いに離間して向かい合うコ字状のパターンに形成されている。

図示の例では、放射器エレメント１２０は、半波長折返しダイポールを構成しており、第１と第２のダイポールセグメント１２２ａ，１２２ｂと、これら両セグメントの先端同士を橋絡する連続アーム１２４とが平行に配列されてなる。これら両セグメント及びアームの断面積と平行配列の間隔とを適正に選ぶことにより、アンテナ系の放射特性を変えることなく、入力インピーダンスを最適に変換することができることは述べるまでもない。

放射器エレメント１２０のセグメント１２２ａ，１２２ｂの対向端部は、給電点としての給電端子１２５ａ，１２５ｂを構成しており、これら給電端子１２５ａ，１２５ｂの間が励振ギャップ１４０となっている。励振ギャップ１４０は、対向配置された両反射器エレメント間の離間間隙内に位置し、この間隙内には給電端子に付属する接栓端子金具固定用の導体パッチ１５０、及び、遮蔽用導電パッチ１６０も形成されている。これら導体パッチ１５０、及び、遮蔽用導電パッチ１６０の形成も、各エレメントの薄肉導体ストリップの形成と共に、単一層の導体箔のエッチングによって同時処理で果たされている。

反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂは、放射器エレメント１２０を間にして互いに向かい合うコ字状のパターンを形成しており、放射器エレメント１２０の両端部を一部の長さ部分に亘って外側から囲んでいる。両反射器エレメントは、互いのコ字状パターンの開口部同士が向かい合うように相互から離間しており、その離間間隔は、図示の例では、放射器エレメント１２０の連続アーム１２４側の方が、セグメント１２２ａ，１２２ｂ側よりも若干広くなっている。図１に示すように、放射器エレメント１２０の両端部は、一部の長さ部分に亘って、これら一対の反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂを形成する各コ字状のパターンの開口部よりも内側に位置し、それぞれ反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂによって外側から囲まれている。

コ字状パターンの反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂの内周縁と、放射器エレメント１２０の外周縁との間隔寸法は、放射器エレメントの共振波長λに対して０．１〜０．２λに相当する範囲内とすることが好ましい。

本実施形態における平面アンテナ１００（ＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナ用平面アンテナ）の各部の寸法は、以下の通りである。尚、誘電体基板上の薄肉導体ストリップによる各エレメント等の表面には、適宜保護膜を形成しても良い。
ポリスチレン製誘電体基板の厚さ： ０．６ｍｍ
薄肉導体ストリップの幅Ｗ ： １２ｍｍ
薄肉導体ストリップの厚さＴ： ０．２ｍｍ
折返しダイポール長Ｌ ： ２１２ｍｍ
折返しダイポール中心間隔Ｄ： ２８ｍｍ
反射器エレメントと放射器エレメントとの間隙Ｇ： ８ｍｍ
連続アーム側反射器エレメント間隔Ｓａ： １１０ｍｍ
ダイポールセグメント側反射器エレメント間隔Ｓｂ： ９８ｍｍ

かかる仕様の平面アンテナ１００の水平面指向特性を図３に、また、垂直面指向特性を図４に示す。尚、図５は、反射器エレメント１３０ａ，１３０ｂが設けていない同仕様の平面アンテナの垂直面指向特性図である。尚、各図において、最外円は指向性の最大値（０ｄＢ）を示し、また、最外円の周方向に付されている「＋４５」、「＋９０」、「＋１３５」、「１８０」、「−１３５」、「−９０」、「−４５」は、図３では平面アンテナの長さ方向（図１のＸ−Ｘ線）をＸ軸（水平軸線）、平面アンテナの表裏方向をＹ軸（水平軸線）とするＸＹ直交座標平面（水平面）において、アンテナの正面方向を０°、アンテナの左右方向をそれぞれ±９０°とした極座標の角度、図４及び図５では前記ＸＹ直交座標平面に直交する方向をＺ軸（垂直軸線）とするＹＺ直交座標平面（垂直面）において、アンテナ正面方向を０°、アンテナの上下方向をそれぞれ±９０°とした極座標の角度である。これらの図からも明らかなように、特に垂直面指向特性において、反射器エレメントの存在による利得向上効果が明らかである。即ち、図４と図５を比較して判るように、上記仕様の図１に示した本発明の平面アンテナでは、上下方向（Ｚ軸方向＝図４における±９０°の方向）に対し、平面アンテナの表裏方向（Ｙ軸方向＝図４における０°〜１８０°方向）について指向性が大きくなっており、平面アンテナの表裏方向についての利得を向上させることができる。

また、本実施形態においては、折返しダイポールアンテナに本発明を適用した場合を述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々のダイポールアンテナに適用することができる。

本発明に係る平面アンテナ１００の主要構成部分を示す図。 図１のＸ−Ｘ線による平面アンテナ１００の断面図。 図１の平面アンテナ１００の水平面指向特性線図。 図１の平面アンテナ１００の垂直面指向特性線図。 反射器エレメントが設けられていない場合の垂直面指向特性線図。

符号の説明

１００：平面アンテナ、
１１０：誘電体基板、
１２０：放射器エレメント、
１３０ａ，１３０ｂ：反射器エレメント、
１４０：励振ギャップ

Claims (4)

1. 誘電体基板上に形成された半波長ダイポール放射器エレメントと、この放射器エレメントの両端部を一部の長さ部分に亘り外側から囲んで誘電体基板上に互いに対向するように形成された一対の反射器エレメントと、を備え、
   前記放射器エレメントと前記反射器エレメントがいずれも、前記誘電体基板上の同一平面上に形成された薄肉導体ストリップからなり、
   前記一対の反射器エレメントを形成する薄肉導体ストリップが、前記放射器エレメントを間にして互いに離間して向かい合うコ字状のパターンに形成されていることを特徴とする平面アンテナ。
2. 前記反射器エレメントの内周縁と、前記放射器エレメントの外周縁との間隔寸法が、前記放射器エレメントの共振波長λに対して０．１〜０．２λに相当する範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載の平面アンテナ。
3. 前記放射器エレメントが、折返しダイポールとして形成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の平面アンテナ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の平面アンテナからなることを特徴とするＵＨＦ地上波デジタル放送受信アンテナ。