JP4950264B2

JP4950264B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP4950264B2
Application number: JP2009240107A
Authority: JP
Inventors: 哲洪
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP2011087215A

Description

本発明は、アンテナに係り、特に、ビーム幅を広げたアンテナに関する。

移動通信用の基地局アンテナに使用される水平偏波用アンテナでは、ビーム幅を広げたアンテナ（例えば、ビーム幅が９０°程度のアンテナ）が使用される。従来、このようなアンテナとして、下記特許文献１に記載のアンテナが知られている。
この特許文献１に記載のアンテナは、環状スロット素子上に設けた２つの無給電素子の反対側の端部を反射板側に折り曲げ、環状スロット素子を励振して、２つの無給電素子で構成されるスリットを励振することにより、ダイポールアンテナとして動作させ、ビーム幅を広くしている。

特許第４０７０７８４号公報

しかしながら、前述の特許文献１に記載のアンテナでは、２つの無給電素子を環状スロット素子上に固定する必要があり、前述の特許文献１に記載のアンテナでは、組立てに時間が掛かる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、従来よりも組立てが容易なビーム幅を広げたアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

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。
（１）反射板と、前記反射板上に配置される第１マイクロストリップアンテナ素子と、前記第１マイクロストリップアンテナ素子上に配置される第１無給電素子とを有し、前記第１無給電素子は、第１マイクロストリップアンテナ素子を覆う平面形状の正面部と、前記正面部における、前記第１マイクロストリップアンテナ素子に励振電力を供給する給電線が接続される点と前記第１マイクロストリップアンテナ素子の中心点とを結ぶ線に沿った方向の両端に設けられる２つの側面部とを有し、前記２つの側面部の各々は、平面形状で、前記正面部から前記反射板側に向かって延在している。
（２）（１）において、前記第１無給電素子は、前記正面部と前記２つの側面部とが一体に形成されており、前記第１無給電素子は、展開した状態において、矩形形状である。
（３）（１）または（２）において、前記第１マイクロストリップアンテナ素子上に配置される誘電体基板を有し、前記第１無給電素子は、前記誘電体基板の前記反射板側の面に固定されている。

（４）（１）または（２）において、前記第１マイクロストリップアンテナ素子に隣接して、偏波方向が前記第１マイクロストリップアンテナ素子の偏波方向と異なる第２マイクロストリップアンテナ素子と、前記第２マイクロストリップアンテナ素子上に配置される第２無給電素子とを有する。
（５）（４）において、前記第２無給電素子は、展開した状態において、矩形形状である。
（６）（４）または（５）において、前記第１マイクロストリップアンテナ素子上に配置される誘電体基板を有し、前記第１無給電素子は、前記誘電体基板の前記反射板側の面に固定され、前記第２無給電素子は、前記誘電体基板の前記反射板と反対側の面に固定されている。

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。
本発明によれば、従来よりも組立てが容易なビーム幅を広げたアンテナを提供することが可能となる。

本発明の実施例１のアンテナを示す模式斜視図である。図１に示すパッチ素子を説明するための図である。図１に示す無給電素子４を説明するための図である。本発明の実施例１のアンテナの水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。本発明の実施例１のアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示すグラフである。本発明の実施例２のアンテナを示す斜視図である。本発明の実施例２のアンテナの要部断面形状を示す断面図である。本発明の実施例３のアンテナを示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例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。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１のアンテナを示す模式斜視図である。
同図において、１は反射板、２は誘電体基板であり、誘電体基板２上に水平偏波用のマイクロストリップアンテナ素子３（以下、パッチ素子３という）が形成される。
また、パッチ素子３上に、展開した状態において矩形形状の無給電素子４が配置される。この無給電素子４は、他の導電性の箇所と接触することなく配置される。
本実施例では、無給電素子４は、パッチ素子３に励振電力を供給する給電線が接続される点とパッチ素子３の中心点とを結ぶ線に沿った方向の両端の端部が、反射板側に折り曲げられている。
ここで、無給電素子４は、例えば、誘電体基板２と無給電素子４との間に適宜充填される固体誘電体か、あるいは、適当な材質からなるスペーサを介して、パッチ素子３上に所定の間隔をおいて配置される。

図２は、図１に示すパッチ素子３を説明するための図である。
図２に示すように、パッチ素子３は、誘電体基板２上に形成された矩形形状の導電膜で構成される。また、図２において、６は給電線であり、給電線６は、パッチ素子３に励振電力を供給する。なお、本実施例において、パッチ素子３は、矩形形状に限らず、円形形状であってもよい。同様に、無給電素子４も、展開した状態において矩形形状に限らず、展開した状態において、円形形状、あるいは楕円形状であってもよい。
図３は、図１に示す無給電素子４を説明するための図であり、図３（ａ）は、無給電素子４を上から見た図、図３（ｂ）は、無給電素子４を側面から見た図である。
前述したように、無給電素子４は、パッチ素子３に励振電力を供給する給電線６が接続される点とパッチ素子３の中心点とを結ぶ線（図２のＡ）に沿った方向の両端の端部が、反射板側に折り曲げられる。
これにより、本実施例では、パッチ素子３と、無給電素子４との間の結合により、無給電素子４に流れる電流に基づき、電波が横側にも放射されるので、ビーム幅を広げることができる。

本実施例において、アンテナの設計中心周波数の自由空間波長をλｏ、展開した状態における無給電素子４の長さ（図２のＡの線に沿った方向の長さ）をＬ、無給電素子４の幅（図２のＡの線に沿った方向と直交する方向の長さ）をＷ、パッチ素子３と無給電素子４との間の間隔をＨとするとき、Ｌ、Ｗ、Ｈは下記（１）式を満足する値とされる。
０．８×（０．３５λｏ）≦Ｌ≦１．２×（０．３５λｏ）
０．８×（０．２３λｏ）≦Ｗ≦１．２×（０．２３λｏ）
０．０４λｏ≦Ｈ≦０．０６λｏ
図４は、本実施例のアンテナの水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。
図４に示すグラフは、周波数が０．８６ＧＨｚの時の水平面内指向特性を示すググラフであり、図４に示すグラフでは、ビーム幅が８７．８°となっていることが分かる。なお、ビーム幅とは、相対利得が−３ｄＢ以下となる範囲の角度である。
図５は、本実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示すグラフである。
同図において、横軸は周波数であり、中心周波数は０．８６ＧＨｚで、目盛間隔は、０．０８ＧＨｚである。図５から分かるように、本実施例のアンテナでは、０．８２ＧＨｚから０．９ＧＨｚの範囲にわたって、ＶＳＷＲが、１．５以下となっている。
なお、本実施例において、無給電素子４の両端の折り曲げ部の長さ（図３のＬａ）を長くすると、アンテナの帯域幅（ＶＳＷＲ特性が１．５以下となる周波数領域）が狭くなるので、無給電素子４の両端の折り曲げ部の長さは、必要とされる帯域幅、水平面内指向特性に合わせて、所望の長さに適宜設定する必要がある。

［実施例２］
図６は、本発明の実施例２のアンテナを示す斜視図であり、図７は、本発明の実施例２のアンテナの要部断面形状を示す断面図である。本発明の実施例のアンテナは、前述の実施例１のアンテナをアレイ状に配置したものである。
なお、図７に示すように、本実施例では、パッチ素子３上に、誘電体基板５を配置し、無給電素子４は、この誘電体基板５の反射板側の面に固定している。また、図７において、１０はカバーである。
ここで、誘電体基板５は、例えば、適当な材質からなるスペーサを介して、誘電体基板２上に所定の間隔をおいて配置される。
なお、無給電素子４、誘電体基板５は実際は不透明であるが、図６では、パッチ素子３の配置状態がよく分かるように、無給電素子４と誘電体基板５は、透明な状態で、即ち、線で表現している。

［実施例３］
図８は、本発明の実施例３のアンテナを示す模式斜視図である。
図８に示すように、本実施例のアンテナは、前述の実施例１の水平偏波用アンテナと、垂直偏波用アンテナとを交互に配置したアレイアンテナである。
図８に示す垂直偏波用アンテナは、垂直偏波用のマイクロストリップアンテナ素子７（以下、パッチ素子７という）と、パッチ素子７上に配置される垂直偏波用の無給電素子８とで構成される。
パッチ素子７は、誘電体基板２上に形成された矩形形状の導電膜で構成される。また、図８において、９は給電線であり、給電線９は、パッチ素子７に励振電力を供給する。なお、本実施例において、パッチ素子７は、矩形形状に限らず、円形形状であってもよい。同様に、無給電素子８も、展開した状態において矩形形状に限らず、展開した状態において、円形形状、あるいは楕円形状であってもよい。
図８に示すように、本実施例でも、パッチ素子３上に誘電体基板５を配置し、水平偏波用の無給電素子４は、誘電体基板５の反射板側の面に固定され、垂直偏波用の無給電素子８は、誘電体基板５の反射板１と反対側の面に固定されている。ここで、誘電体基板５は、例えば、適当な材質からなるスペーサを介して、誘電体基板２上に所定の間隔をおいて配置される。

図８から分かるように、パッチ素子７に励振電力を供給する給電線９が接続される点とパッチ素子７の中心点とを結ぶ線（図示せず）と、パッチ素子３に励振電力を供給する給電線６が接続される点とパッチ素子３の中心点とを結ぶ線（図２のＡ）とは直交する。
なお、無給電素子４、誘電体基板５、および無給電素子８は実際は不透明であるが、図８では、パッチ素子３およびパッチ素子７の配置状態がよく分かるように、無給電素子４、誘電体基板５、および無給電素子８は、透明な状態で、即ち、線で表現している。
このように、本実施例によれば、１個の無給電素子をパッチ素子に固定するだけでよいので、従来よりもアンテナの組立てが容易なビーム幅を広げたアンテナを提供することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１反射板
２，５誘電体基板
３水平偏波用のマイクロストリップアンテナ素子
４，８無給電素子
６，９給電線
７垂直偏波用のマイクロストリップアンテナ素子
１０カバー

Claims

反射板と、
前記反射板上に配置される第１マイクロストリップアンテナ素子と、
前記第１マイクロストリップアンテナ素子上に配置される第１無給電素子とを有し、
前記第１無給電素子は、第１マイクロストリップアンテナ素子を覆う平面形状の正面部と、前記正面部における、前記第１マイクロストリップアンテナ素子に励振電力を供給する給電線が接続される点と前記第１マイクロストリップアンテナ素子の中心点とを結ぶ線に沿った方向の両端に設けられる２つの側面部とを有し、
前記２つの側面部の各々は、平面形状で、前記正面部から前記反射板側に向かって延在していることを特徴とするアンテナ。
前記第１無給電素子は、前記正面部と前記２つの側面部とが一体に形成されており、
前記第１無給電素子は、展開した状態において、矩形形状であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
前記第１マイクロストリップアンテナ素子上に配置される誘電体基板を有し、
前記第１無給電素子は、前記誘電体基板の前記反射板側の面に固定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。
前記第１マイクロストリップアンテナ素子に隣接して配置され、放射される電波の偏波方向が前記第１マイクロストリップアンテナ素子から放射される電波の偏波方向と異なる第２マイクロストリップアンテナ素子と、
前記第２マイクロストリップアンテナ素子上に配置される第２無給電素子とを有す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。
前記第２無給電素子は、展開した状態において、矩形形状であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
前記第１マイクロストリップアンテナ素子上に配置される誘電体基板を有し、
前記第１無給電素子は、前記誘電体基板の前記反射板側の面に固定され、
前記第２無給電素子は、前記誘電体基板の前記反射板と反対側の面に固定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のアンテナ。