JP5572476B2 - 低姿勢広帯域無指向性アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、例えば広帯域特性を要するＵＷＢ（Ultra Wide Band）等の無線通信や１つのアンテナで多数の無線領域をカバーすることが可能な地上デジタル放送（携帯機器を受信対象とする地上デジタル放送：One Segment broadcasting）、携帯電話、無線ＬＡＮ、Ｗｉｍａｘ等において使用される低姿勢の広帯域無指向性アンテナに関する。

近年、地下街やビル等で、携帯機器を受信対象とする地上デジタル放送（One Segment broadcasting）、携帯電話、無線ＬＡＮ、Ｗｉｍａｘなどの無線通信において生じる不感地帯が問題となっている。この不感地帯の対策として中継用アンテナによる再放射方式が使用されているが、この方式では屋内の天井にアンテナを設置するため、低姿勢で且つ広帯域のアンテナが必要とされる。また、中継用アンテナとしては、垂直偏波水平面無指向性のものが使用される場合が多い。このようなアンテナとして下記の特許文献１に記載されているようなものが知られている。その一実施例として、図５に示すような導体板１１１上に所定の高さで十字形状の板状の放射素子１１６ａ〜１１６ｄを配置するアンテナがあり、前記十字形状の放射素子の交差部分に給電部１１８を設けて、前記導体板に設けられた給電端子１１４から、前記給電部１１８を接続する給電路１６１を図４に示すように給電端子１１４側の給電路端１６１ａが給電部１１８側の給電路端１６１ｂに向かって拡幅したお椀状の金属体の構造とすることにより広帯域性を得ている。

特開２００８−２１９８５３号公報

上記導体板上に所定の高さで十字形状の放射素子を配置してなるアンテナは、低姿勢で且つ広帯域であるが、移動体に搭載する場合、更に軽量であることが望まれる。しかし上記のアンテナでは、広帯域性を得るため給電端子１１４から給電部１１８において給電路１６１に図４に示すような外形がお椀状の金属体の構造を必要とする。前記金属体の構造は、その構造上、その重量がアンテナを構成する他の部材に比べて極めて重いものとなる。当該アンテナを移動体に搭載する場合にアンテナの重量が重いと重心が高くなりアンテナの移動体への搭載における安定性、安全性が損なわれる恐れがある。一方、一般的にアンテナはより高い位置に設置することが、電波伝搬上有利であることが知られているので、移動体に設置する場合においてもより高い位置に設置したいという要望がある。本発明は上記の課題を解決するためのもので、移動体に搭載しても安定性を損なうことのない軽量化を図った広帯域なアンテナを提供しようとするものである。

本発明は、導体板と、前記導体板に対向して板状の素子を複数本放射状に配置し、該放射状の中心部に円板状若しくは多角形状の給電部を形成してなる放射素子と、前記放射素子と前記導体板の間を短絡接続する短絡素子と、前記導体板に該導体板とは絶縁して設けられる給電端子と、前記給電端子から複数の棒状若しくは細い板状の導体が前記給電部に向かって開傘状に展開されて前記給電部に円周上に略等間隔で接続されてなる給電路とから構成されたものである。これにより移動体に搭載しても安定性を損なうことのない軽量な広帯域アンテナが実現される。

本発明によれば、移動体に搭載しても安定性を損なうことのない、軽量化された低姿勢の広帯域なアンテナを提供することができる。

本発明の実施形態に係るアンテナの構成を示す斜視図である。 同実施形態に係るアンテナの給電路部分の詳細を示す側面図である。 本発明の実施例に係るアンテナのＶＳＷＲ特性図である。 従来の実施形態に係る給電路部分を示す側面図である。 従来の実施形態に係るアンテナの構成を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る広帯域アンテナの構成を示す斜視図、図２は同発明の前記実施形態に係る広帯域アンテナの導体板に設けられた給電端子からアンテナ素子の給電部に接続される給電路の構造を示す図である。

図１〜図２において、１１は例えば正方形状に形成された導体板（接地板）である。 その一辺の長さＷ１は、λＬを当該アンテナの使用周波数帯における最低周波数の波長とすると０．９６λＬ以上であることが望ましい。

上記導体板１１の下面中央部には、給電端子として図示されてないが例えばＮＪ型の同軸コネクタが装着さている。上記同軸コネクタの中心導体１４は、導体板１１の中央部に設けられた透孔内を通り、導体板１１と絶縁した状態で上方に所定の長さ突出して後述する給電路６１を構成する。

上記導体板１１の上側には、厚さが０．５〜２ｍｍ程度の金属板（導体板）により十字状に形成されたアンテナ素子１５が所定の高さＨに設けられる。このアンテナ素子１５は、例えば４本の放射素子１６ａ〜１６ｄを有する。放射素子１６ａ〜１６ｄは等角度または略等角度で放射状に配置される。上記放射素子の交差部分である放射状の中心部すなわち放射素子１６ａ〜１６ｄの始端部側に円板状の金属板で形成された前記放射素子に対して給電するための給電円板１８を形成する。

図１及び図２に示すように、上記給電円板１８の下側から、複数の棒状若しくは細い板状の導体からなる給電素子６３を、前記給電素子６３の先端部に形成した突起５２を介して、円周状、等間隔に配置された給電円板１８の複数の接合部１９の小孔に差し込み固定され、半田付けなどで電気的、機械的に、給電円板１８に接続する。一方、上記給電素子６３の他の端部は、半田付けなどにより電気的、機械的に上記中心導体１４に接続した円板状の金属体で形成した結合円板５１上に密着して並べて、半田付けなどで電気的、機械的に接続し、給電素子６３の端部を結合円板５１を介して給電端子の中心導体１４と電気的・機械的に接続させアンテナの給電路６１を構成する。

結果的に上記結合円板５１から上記給電点１８ａの面に向かって広がるように展開して等間隔に円周上に給電点の面に電気的・機械的に接続する複数の給電素子６３により給電端子の中心導体１４と給電円板１８との間に拡幅された給電路６１が形成されるので本アンテナは広帯域なものとなる。なお本実施形態において図２のＤ１は約λＬ／１３、Ｄ２は約λＬ／２８、Ｈは約λＬ/１０〜λＬ/１６、Ｍは５ｍｍ程度で構成される。

上記のようにアンテナ素子１５が４本の放射素子１６ａ〜１６ｄを有する場合、各素子の配置角度は９０度となり、十字形状に形成される。上記放射素子１６ａ〜１６ｄは、例えば幅Ｗ２、長さＬの板状素子を用いて形成したもので、幅Ｗ２は約０．０５５λＬに設定される。また、放射素子１６ａ〜１６ｄの長さＬは、基本的には約λＬ/４に設定されるが、好ましくは約λＬ/４より１０％程度長い０．２７５λＬ程度に設定する。

また、放射素子１６ａ〜１６ｄの各終端には、例えば板状の短絡素子１７ａ〜１７ｄが導体板１１に対して垂直となるように設けられる。上記短絡素子１７ａ〜１７ｄは、例えば放射素子１６ａ〜１６ｄの終端を下方に直角に折り曲げる等の手段により形成したもので、幅は放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２に比べて狭く形成している。上記短絡素子１７ａ〜１７ｄは、先端が導体板１１に溶着あるいはネジ止め等によって接続され、その高さＨは約λＬ/１０〜λＬ/１６程度に設定される。

上記のように放射素子１６ａ〜１６ｄは、導体板１１と対向して、より詳しくは平行に設けられる。この場合、放射素子１６ａ〜１６ｄは、短絡素子１７ａ〜１７ｄ側の先端部を例えば導体板１１の各角部（四隅）に対応して設け、導体板1１をなるべく小さく形成できるようにしている。

上記アンテナ素子１５の具体的な寸法例としては、例えば使用周波数帯における最低周波数がＵＨＦ帯の４７０ＭＨｚの場合、導体板１１の一辺の長さＷ１が３００〜４００ｍｍ、放射素子１６ａ〜１６ｄの幅Ｗ２が約３５ｍｍ、高さＨが約４０ｍｍに設定される。

上記のように構成されたアンテナ装置は、必要に応じてアンテナ素子を保護するための保護カバーが被せられる。

上記アンテナ装置は、給電円板１８に給電されると、給電円板１８から短絡素子１７ａ〜１７ｄの方向に給電電流が流れ、各放射素子１６ａ〜１６ｄから上方に向けて垂直偏波の電波が放射される。なお、各放射素子１６ａ〜１６ｄは等角度（または略等角度）に設けられていることから、水平面の指向性を無指向化することができる。

図４は上記のように構成された広帯域アンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示したもので、横軸に周波数［ＧＨｚ］をとり、縦軸にＶＳＷＲをとって示した。本発明の構成により ＶＳＷＲ ２以下で比帯域１２０％程度が得られる。

以上説明したように、本発明者は本発明の構成で給電路を形成することにより、従来と比べて同等性能以上の広帯域アンテナを重量比約３０％程度に軽量化して実現できることを確認した。

なお、上記実施形態では、各放射素子１５として４本の放射素子１６ａ〜１６ｄを設けた場合について示したが、３本以上であれば任意の数に設定することが可能である。また、放射素子１６ａ〜１６ｄの終端は、板状の短絡素子１７ａ〜１７ｄの代わりにショートピン等のピン状の短絡素子を用いても良い。

また、上記実施形態では、導体板１１の四隅に近接して短絡素子１７ａ〜１７ｄを設けた（即ち、放射素子１６ａ〜１６ｄを導体板１１の対角線上に配置した）場合について示したが、その他の位置、例えば導体板１１の各辺部に対応させて短絡素子１７ａ〜１７ｄを設けても良い。

また、上記給電円板１８及び結合円板５１は、所望の接続面が確保できればその目的が達成されるので、当該形状は円板状に限定されるものでなく、例えば多角形に形成しても良い。

また、上記実施形態では、各放射素子１６ａ〜１６ｄ間に空隙を形成した場合について示したが、空隙を無くし、1枚の金属板により放射素子を形成しても良い。この場合、放射素子の給電点を中心とする円周上に等間隔で短絡素子を設けるようにする。これにより、放射素子には給電点１８から短絡素子１７ａ〜１７ｄの方向に給電電流が流れるので、複数の放射素子１６ａ〜１６ｄを設けた場合と同等に作用し、水平面無指向性を図ることができる。

１１、１１１ … 導電板 １４、１１４ … 中心導体 １５、１１５ … アンテナ素子 １６ａ〜１６ｄ、１１６ａ〜１１６ｄ … 放射素子 １７ａ〜１７ｂ、１１７ａ〜１１７ｄ … 短絡素子 １８ …給電円板 １９ … 接合部 ５１ … 結合円板 ５２ … 突起部 ６１、１６１ … 給電路 ６３ … 給電素子 １１８ … 給電部

Claims (2)

1. 導体板と、前記導体板に略平行に板状または線状の素子を複数本放射状に配置し、該放射状の中心部に円板状給電部を形成してなる放射素子と、前記複数の放射素子と前記導体板の間を所定の位置でそれぞれ短絡接続する複数の短絡素子と、前記導体板の中央部に設けられる給電端子と、前記給電端子から複数の棒状若しくは細い板状の導体が前記給電部に向かって開傘状に展開されて前記円板状給電部に円周状略等間隔で接続されてなる給電路とを具備して水平面無指向性を得る広帯域アンテナ装置であって、
   前記複数の放射素子と、前記導体板との間隔は、略λＬ／１０〜λＬ／１６であり、
   前記給電端子は前記導体板の背面に設けられ、前記給電端子の中心導体は、前記導体板の中央部に設けられた孔を通って導体板の前面側に所定の長さ突出し、
   前記給電端子の中心導体の端部と、前記複数の棒状若しくは細い板状の導体との結合は、円板状の金属体部材を介して行い、
   前記複数の棒状若しくは細い板状の導体のそれぞれは直線状であることを特徴とする広帯域アンテナ装置。
2. 前記複数の棒状若しくは細い板状の導体が、前記円板状給電部に円周状に接続される際の該円周の直径は、略λＬ／１３であり、
   前記複数の短絡素子のそれぞれは、対応する前記放射素子の先端側付近の位置に設けられ、
   前記導体板は正方形状をなし、
   前記複数の放射素子及び前記複数の短絡素子の数は４であり、
   前記複数の放射素子のそれぞれは略略λＬ／４の長さを有し、前記導体板の対角線上に配置されることを特徴とする請求項１記載の広帯域アンテナ装置。