JP4829840B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電波の放射方向を広範囲に変更することができるアンテナ装置に関する。

放送局の番組制作で使用されるワイヤレスカメラシステムのカメラと受信装置との間において映像信号の授受、無線ＬＡＮによるデータの授受等大容量の無線伝送を行う場合、広い帯域を有するミリ波帯の電波が適用される。ミリ波帯無線伝送システムに搭載されるアンテナは、使用環境によって送信アンテナと受信アンテナとの相対的位置が大きく異なる場合、使用環境に応じて電磁波の放射方向を広範囲に変更できるものであることが望ましい。また、アンテナをミリ波帯無線伝送装置自体に取り付けるためには、スペースが限られている場合が一般的であるので、アンテナは小型かつ簡易な構成であることも必要である。

小型かつ簡易な構成のミリ波帯用のアンテナとしては、表面波アンテナや漏れ波アンテナ等がある。代表的な表面波アンテナとしては、誘電体棒で構成される誘電体ロッドアンテナを挙げることができ、代表的な漏れ波アンテナとしては、周期構造を有する誘電体線路で構成される誘電体漏れ波アンテナを挙げることができる。

誘電体ロッドアンテナは、誘電体ロッドアンテナの端部から誘電体ロッドアンテナの電波の伝播方向に電波を放射し、漏れ波アンテナは、誘電体線路の電波の伝播方向と異なる方向に電波を放射する。そして、電波の放射方向を変更できる誘電体ロッドアンテナ装置及び漏れ波アンテナ装置が既に提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１に示されている従来の誘電体ロッドアンテナ装置は、図５に示すように、誘電体ロッドアンテナ１に沿って反射部材２を設置することにより、電波の放射方向を誘電体ロッドアンテナ１の軸に対して約１５度傾けることが可能となる。また、特許文献２に示されている従来の漏れ波アンテナ装置は、図６に示すように、地板導体３と誘電体基板４とがスペーサ５を介して平行に配置された伝播路を備える。誘電体基板４の上面には複数の金属ストリップ６が所定間隔ごとに設置されている。さらに、誘電体基板４の上方には所定間隔を隔てて電波の伝播方向と直角に金属板７が配置されており、金属板７は電波の伝播方向と垂直な面内において所定角度内で回転可能となっている。電波は金属板７から金属ストリップ６の方向に向かって伝播し、金属ストリップ６から漏洩して空中に放射される。そして、金属板７の傾きを変更することにより、電波の放射方向を制御することが可能となる。
特開平０６−２４４６２８号公報 特開２００３−３３８７０６号公報

ところで、大容量の情報を安定に伝送するためには受信電力と雑音電力との比（Ｃ／Ｎ）を大きくすることが必要となる。Ｃ／Ｎを大きくする方法の１つとして、受信アンテナの方向に放射される送信電力をできる限り大きくすることが考えられる。したがって、ワイヤレスカメラシステムに適用するアンテナにあっては、使用環境によって送信アンテナと受信アンテナとの相対位置が異なるので、電波の放射方向を広範囲に変更できることが必要となる。

ワイヤレスカメラを屋内で使用するときには見通しを確保するために受信アンテナをワイヤレスカメラの上方に設置し、屋外で使用するときには受信アンテナをワイヤレスカメラに対して水平に設置する場合が多いことを考慮すると、使用環境に応じて電波放射方向を９０度以上変更できることが望ましい。

しかしながら、特許文献１に開示された誘電体ロッドアンテナには電波放射方向を１５度以上変更することが困難であるという課題があった。

また、特許文献２に開示された誘電体漏れ波アンテナには使用環境に応じて電波放射方向を変更することはできるものの、範囲が限られているという課題があった。

表面波アンテナと漏れ波アンテナの両方を使用して電波放射範囲を拡大することも可能であるが、それぞれのアンテナに電波を給電する給電回路を切り換え可能な構成とする必要があり、構造が複雑化することは回避できない。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で電磁波の放射方向を９０度以上の広範囲に変更することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、電磁波の伝播方向に沿って形状が周期的に変化する誘電体線路と、前記誘電体線路の外周に装着され、前記誘電体線路の周壁面からの前記電磁波の漏れ量を低減させる電磁波漏れ量低減手段とを備え、前記誘電体線路は、前記電磁波を入力する一端と、この一端と反対側の他端とを有し、前記電磁波漏れ量低減手段が装着された状態では前記他端から円錐状に電磁波を放射し、前記電磁波漏れ量低減手段が取り外された状態では前記誘電体線路の軸方向と交差する方向に電磁波を放射するものである構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、周期的な形状を有することにより、誘電体線路を伝播する電波に摂動を与えることによって漏れ波アンテナとして機能し、電磁波漏れ量低減手段を誘電体線路の外周に装着した場合と、装着しない場合とで電磁波の放射方向を９０度以上変更することができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記電磁波漏れ量低減手段が、誘電体製の中空円柱体である構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、誘電体製の中空円柱体を誘電体線路の外周に装着した場合と、装着しない場合とで電磁波の放射方向を９０度以上変更することができる。

さらに、本発明のアンテナ装置は、前記誘電体線路が、前記電磁波の伝播方向に沿って周期的に金属ストリップが設けられた線路である構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、周期的な構造の金属ストリップにより、誘電体線路を伝播する電波に摂動を与えることによって漏れ波アンテナとして機能し、電磁波漏れ量低減手段を誘電体線路の外周に装着した場合と、装着しない場合とで電磁波の放射方向を９０度以上変更することができる。

さらに、本発明のアンテナ装置は、前記誘電体線路が、前記電磁波の伝播方向に沿って周期的にコルゲートが設けられた線路である構成を有している。

この構成により、本発明のアンテナ装置は、周期的な構造のコルゲートにより、誘電体線路を伝播する電波に摂動を与えることによって漏れ波アンテナとして機能し、電磁波漏れ量低減手段を誘電体線路の外周に装着した場合と、装着しない場合とで電磁波の放射方向を９０度以上変更することができる。

本発明は、簡易な構成で電磁波の放射方向を９０度以上の広範囲に変更することができるという効果を有するアンテナ装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本実施の形態においては、電磁波はミリ波帯の電波とする。

まず、本発明に係るアンテナ装置の一実施の形態における構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態におけるアンテナ装置１０は、電波を空中に放射する誘電体線路１１と、電波を入力する円形導波管１２と、円形導波管１２の出力側に接続されたホーン１３と、誘電体線路１１の外周に装着され、誘電体線路１１の周壁面からの電波の漏れ量を低減させる中空円柱体１４とを備えている。

誘電体線路１１は、円柱形状の表面にリング状の金属ストリップ１１ａが所定間隔で設けられており、電波の伝播方向に沿って表面形状が周期的に変化する形状となっている。また、誘電体線路１１は、テーパ状に形成された一端１１ｂを有し、反射波の発生を抑制するようになっている。

円形導波管１２は、誘電体線路１１の一端１１ｂに接続され、ミリ波帯の電波を入力するようになっている。なお、本実施の形態においては、円形導波管１２の励振モードをＴＭ_０１モード又はＴＥ_０１モードと仮定する。

ホーン１３は、円形導波管１２の出力側に設けられ、円形導波管１２から誘電体線路１１へのモード変換が効率よく行われるよう構成されている。

中空円柱体１４は、例えば誘電体で構成されている。また、中空円柱体１４は、図１（ａ）に示すように、誘電体線路１１に対し矢印Ｒ方向に挿入されることにより、図１（ｂ）に示すように、誘電体線路１１の外周に装着され、誘電体線路１１の周壁面からの電波の漏れ量を低減させるようになっている。なお、中空円柱体１４は、本発明の電波漏れ量低減手段に対応する。

次に、本実施の形態におけるアンテナ装置１０の動作について図２及び図３を用いて説明する。図２は、中空円柱体１４を誘電体線路１１に装着しない状態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。図３は、中空円柱体１４を誘電体線路１１に装着した状態を示す斜視図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

まず、図２に示すように、中空円柱体１４を誘電体線路１１に装着しない状態での動作について説明する。

円形導波管１２を伝播してきた電波は、誘電体線路１１の一端１１ｂ及びホーン１３を介して誘電体線路１１に給電され、誘電体線路１１を伝播する。誘電体線路１１を伝播する電波は、周期的に配列された金属ストリップ１１ａによって摂動が与えられ、これによりアンテナ装置１０は漏れ波アンテナとして機能し、誘電体線路１１の周壁面から誘電体線路１１の軸方向とは異なるＱ方向（図２ではｘｙ平面内）に無指向に放射される。なお、金属ストリップ１１ａを設ける間隔を変更することにより、電波の放射方向θを任意に変更することができる。

次に、図３に示すように、中空円柱体１４を誘電体線路１１に装着した状態での動作について説明する。

円形導波管１２から給電された電波は、前述と同様に、周期的に配列された金属ストリップ１１ａによって摂動が与えられる。これによりアンテナ装置１０は漏れ波アンテナとして機能し、誘電体線路１１の周壁面から電波を放射するようになるが、誘電体製の中空円柱体１４によって、誘電体線路１１の周壁面から漏れる電波が中空円柱体１４の内壁で反射し、誘電体線路１１の周壁面からの電波の漏れ量が減少する。この結果、円形導波管１２から給電された大部分の電波は、誘電体線路１１の軸方向（ｚ軸の＋方向）に伝播するようになり、誘電体線路１１の先端からＱ'の方向に円錐状に放射される。

ただし、誘電体線路１１の周壁面から漏れる電波の一部は中空円柱体１４の内壁で反射せず、中空円柱体１４の外側に屈折して漏れるため、誘電体線路１１の周壁面からの電波の漏洩を完全に無とすることはできないが、誘電体線路１１の誘電率や中空円柱体１４の肉厚を調整することにより、漏れ量を低減することが可能となる。例えば、誘電体線路１１の誘電率に比べて中空円柱体１４の誘電率を同程度以上高くし、中空円柱体１４の肉厚を使用電波の波長の約１／２以上にするのが好ましい。

以上のように、本実施の形態におけるアンテナ装置１０によれば、金属ストリップ１１ａが設けられた誘電体線路１１に誘電体製の中空円柱体１４を装着した場合と、装着しない場合とで、電波の放射方向θを９０度以上の広範囲に変更することができる。

なお、前述の実施の形態において、誘電体線路１１に金属ストリップ１１ａを設ける構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図４に示すように、表面に周期的にコルゲートを形成した誘電体線路１５を備える構成としてもよい。

また、前述の実施の形態において、誘電体線路１１を円柱状とした構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、楕円形状や角柱状とすることもできる。この場合、中空円柱体１４に替えて、誘電体線路１１の形状に応じた中空部を有するものを用いればよい。

また、前述の実施の形態において、ミリ波の電波を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ミリ波以外の電波であってもよい。

以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、簡易な構成で電波の放射方向を９０度以上の広範囲に変更することができるという効果を有し、電波の放射方向を広範囲に変更することができるアンテナ装置等として有用である。

本発明に係るアンテナ装置の一実施の形態における模式図 （ａ）中空円柱体を誘電体線路に装着する前の状態を示す模式図 （ｂ）中空円柱体を誘電体線路に装着した後の状態を示す模式図 本発明に係るアンテナ装置の一実施の形態において、中空円柱体を誘電体線路に装着しない状態での動作説明図 （ａ）誘電体線路から電波がＱ方向に放射される状態を示す斜視図 （ｂ）誘電体線路から電波がＱ方向に放射される状態を示す正面図 本発明に係るアンテナ装置の一実施の形態において、中空円柱体を誘電体線路に装着した状態での動作説明図 （ａ）誘電体線路から電波がＱ'方向に放射される状態を示す斜視図 （ｂ）誘電体線路から電波がＱ'方向に放射される状態を示す正面図 本発明に係るアンテナ装置の一実施の形態の他の態様における模式図 従来の誘電体ロッドアンテナ装置の模式図 従来の漏れ波アンテナ装置の模式図

符号の説明

１０ アンテナ装置
１１ 誘電体線路
１１ａ 金属ストリップ
１１ｂ 誘電体線路の一端
１２ 円形導波管
１３ ホーン
１４ 中空円柱体（電磁波漏れ量低減手段）
１５ 誘電体線路

Claims (4)

1. 電磁波の伝播方向に沿って形状が周期的に変化する誘電体線路と、前記誘電体線路の外周に装着され、前記誘電体線路の周壁面からの前記電磁波の漏れ量を低減させる電磁波漏れ量低減手段とを備え、
   前記誘電体線路は、前記電磁波を入力する一端と、この一端と反対側の他端とを有し、前記電磁波漏れ量低減手段が装着された状態では前記他端から円錐状に電磁波を放射し、前記電磁波漏れ量低減手段が取り外された状態では前記誘電体線路の軸方向と交差する方向に電磁波を放射するものであることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記電磁波漏れ量低減手段は、誘電体製の中空円柱体であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記誘電体線路は、前記電磁波の伝播方向に沿って周期的に金属ストリップが設けられた線路であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記誘電体線路は、前記電磁波の伝播方向に沿って周期的にコルゲートが設けられた線路であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。

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