JP6032158B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関するものである。

給電線路における損失を抑制し、かつ構造を簡単にすることが可能なアンテナ装置として、中心導体板を２枚のグランド板で挟み込んで構成されるトリプレート線路を給電線路として用いたアンテナ装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、トリプレート線路を給電線路として用いたアンテナ装置では、複数の周波数帯で送受信可能な周波数共用アンテナとする場合、周波数毎、および偏波毎に給電線路が必要となり、これらの給電線路全てを１つのトリプレート線路に組み込むと、トリプレート線路の面積が非常に大きくなり装置全体が大型化してしまう。

そこで、本出願人は、トリプレート線路を複数に分割し、これらを互いに交差して接続するように構成したアンテナ装置を提案中である。

特開昭６３−８８９０２号公報

しかしながら、上述の提案中のアンテナ装置では、トリプレート線路を複数に分割しているが故に、トリプレート線路同士の接続部における機械的強度を十分に確保する必要があり、また、組立性も良好とすることが望まれる。

また、上述の提案中のアンテナ装置では、トリプレート線路同士の接続部ではインピーダンスの不整合が発生し電気的特性が劣化するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トリプレート線路同士の接続部の機械的強度が高く、組立性が良好であり、接続部での電気的特性の劣化を抑制可能なアンテナ装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、中心導体を空気層を介して２枚のグランド板で挟み込んで構成されるトリプレート線路を、給電線路として用いたアンテナ装置であって、前記トリプレート線路が、第１トリプレート線路と、前記第１トリプレート線路に対して交差して接続された１つ以上の第２トリプレート線路と、を有し、前記第２トリプレート線路の前記中心導体は、その先端部が前記グランド板の外部に延出されると共に、その先端部を鉤状に成形して鉤部が形成されており、前記第２トリプレート線路の前記中心導体を、前記第１トリプレート線路の前記グランド板に形成された貫通孔に挿入し、かつ、前記鉤部を前記第１トリプレート線路の中心導体に係止させるように構成され、かつ、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板間に挿入された前記第２トリプレート線路の前記中心導体の周囲に、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板と電気的に接続された導電性部材を設けたアンテナ装置である。

前記導電性部材は、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板間に挿入された前記第２トリプレート線路の前記中心導体を挟み込むように配置されてもよい。

前記導電性部材は、前記第２トリプレート線路の前記グランド板と、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板を貫通して設けられ、前記第２トリプレート線路の前記グランド板を前記第１トリプレート線路に締結固定するボルトからなってもよい。

前記第２トリプレート線路の前記中心導体の前記鉤部を、前記第１トリプレート線路の前記中心導体に形成された係止孔に挿入しスライドさせることで、前記第１トリプレート線路の中心導体に係止させるように構成されてもよい。

前記第２トリプレート線路の前記中心導体は、前記鉤部を前記係止孔に挿入した際に、係止孔の周縁の前記第１トリプレート線路の前記中心導体に当接する鍔部を有してもよい。

前記第２トリプレート線路の中心導体は、前記第１トリプレート線路に挿入される部分の近傍に、その幅および長さを調整することでインピーダンス調整を行うことが可能なインピーダンス調整部を有してもよい。

本発明によれば、トリプレート線路同士の接続部の機械的強度が高く、組立性が良好であり、接続部での電気的特性の劣化を抑制可能なアンテナ装置を提供できる。

（ａ）は、本実施形態に係るアンテナ装置におけるトリプレート線路の接続状態を示す模式的な断面図であり、（ｂ）は第１トリプレート線路と第２トリプレート線路の接続部の断面図、（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。 （ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はレドームとトリプレート線路の一部およびアンテナ素子を省略した斜視図である。 図１のアンテナ装置における第２トリプレート線路の構造を示す図であり、一方のグランド板を省略した斜視図である。 図１のアンテナ装置におけるアンテナ素子の構造を示す斜視図である。 （ａ）は、図１のアンテナ装置における導電性部材の配置を示す図であり、（ｂ）〜（ｅ）はその変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は、本実施形態に係るアンテナ装置におけるトリプレート線路の接続状態を示す模式的な断面図であり、図１（ｂ）は第１トリプレート線路と第２トリプレート線路の接続部の断面図、図１（ｃ）はその１Ｃ−１Ｃ線断面図である。

また、図２（ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図であり、図２（ｂ）はレドームとトリプレート線路の一部およびアンテナ素子を省略した斜視図である。

図１，２に示すように、アンテナ装置１は、中心導体２を空気層を介して２枚のグランド板３で挟み込んで構成されるトリプレート線路４を、給電線路として用いたものである。アンテナ装置１は、例えば、移動通信用の基地局アンテナとして用いられるものである。

アンテナ装置１は、円筒状のレドーム２１を備えている。このレドーム２１内に、トリプレート線路４が収容される。レドーム２１の両端は、図示しないアンテナキャップにより閉塞される。レドーム２１には、アンテナ塔等に固定するための取り付け金具２２が設けられている。アンテナ装置１は、レドーム２１の軸方向（長手方向）が鉛直方向となるように、取り付け金具２２によりアンテナ塔等に取り付けられる。

本実施形態では、アンテナ装置１を、２つの周波数帯で送受信可能な周波数共用アンテナとする場合を説明する。２つの周波数帯の周波数共用アンテナとして使用し、かつ各周波数で垂直偏波と水平偏波を使用する場合、４つの系統の給電線路が必要になる。これら４つの系統の給電線路全てを１つのトリプレート線路４に組み込むと、トリプレート線路４の面積が非常に大きくなり装置全体が大型化してしまう。そこで、本実施形態では、トリプレート線路４を複数に分割し、これらを互いに交差して接続するように構成している。

具体的には、トリプレート線路４は、第１トリプレート線路（横型トリプレート線路）４ａと、第１トリプレート線路４ａに対して交差して接続された１つ以上の第２トリプレート線路（縦型トリプレート線路）４ｂと、を有している。ここでは、４つの系統の給電線路それぞれに１つずつ、合計４つの第２トリプレート線路４ｂを備え、これら４つの第２トリプレート線路４ｂを第１トリプレート線路４ａに対して直交して接続するように構成した。

アンテナ装置１では、外部から供給された給電信号が、第２トリプレート線路４ｂから第１トリプレート線路４ａを介してアンテナ素子に伝送されるように構成されている。ここでは、４つの第２トリプレート線路４ｂを互いに離間させて平行に配置しており、ローバンド用（例えば７００〜８００ＭＨｚ帯）の偏波毎の２つの第２トリプレート線路４ｂを外側に、ハイバンド用（例えば１．５〜２ＧＨｚ帯）の偏波毎の２つの第２トリプレート線路４ｂを内側に配置する構成としている。なお、共用とする周波数帯は２つに限定するものではなく、第２トリプレート線路４ｂの数や配置も図示のものに限定されない。

第１トリプレート線路４ａは、中心導体２となる金属板からなる中心導体板２ａを空気層を介して２枚のグランド板３ａで挟み込んで構成されている。２枚のグランド板３ａは互いに平行となるように対向配置されており、両グランド板３ａからの距離が等しくなる位置、すなわち２枚のグランド板３ａの中間の位置に、中心導体板２ａが配置されている。

第２トリプレート線路４ｂは、中心導体２となる金属板からなる中心導体板２ｂを空気層を介して２枚のグランド板３ｂで挟み込んで構成されている。２枚のグランド板３ｂは互いに平行となるように対向配置されており、両グランド板３ｂからの距離が等しくなる位置、すなわち２枚のグランド板３ｂの中間の位置に、中心導体板２ｂが配置されている。グランド板３ａ，３ｂとしては、軽量かつ低コストで耐候性に優れるアルミニウムからなるものを用いる。

図１〜３に示すように、第２トリプレート線路４ｂでは、その中心導体板２ｂに誘電体挿入型移相器３１が設けられており、外部から入力された給電信号を分配し位相を調整して第１トリプレート線路４ａに出力するように構成されている。誘電体挿入型移相器３１は、その誘電体板を中心導体板２ｂに沿って移動させるための直動モータユニット３２に接続されている。

第２トリプレート線路４ｂのグランド板３ｂの一側部はフランジ状に形成されており、そのフランジ部５を、第１トリプレート線路４ａのグランド板３ａに固定するように構成されている。また、第２トリプレート線路４ｂの中心導体板２ｂは、その先端部がグランド板３ｂの一側部から外部に延出され、第１トリプレート線路４ａのグランド板３ａに形成された貫通孔４１に挿入されて、第１トリプレート線路４ａの中心導体板２ａと電気的に接続されている。両トリプレート線路４ａ，４ｂの接続部の詳細については後述する。

図４に示すように、第１トリプレート線路４ａの第２トリプレート線路４ｂが設けられる側と反対側には、アンテナ素子５１が設けられている。つまり、アンテナ装置１では、第１トリプレート線路４ａの一方のグランド板３ａ側に第２トリプレート線路４ｂを設け、他方のグランド板３ａ側にアンテナ素子５１を設けるように構成されている。

アンテナ素子５１は、樹脂等の絶縁体からなる板状の基板に配線パターンを形成して構成されており、第１トリプレート線路４ａの一方のグランド板３ａに立設されている。

アンテナ素子５１は、２つの周波数帯に対応した２つのアンテナ素子対５２，５３を有している。ハイバンド用の第１アンテナ素子対５２は、第１水平偏波アンテナ素子５２ａと第１垂直偏波アンテナ素子５２ｂとからなり、ローバンド用の第２アンテナ素子対５３は、第２水平偏波アンテナ素子５３ａと第２垂直偏波アンテナ素子５３ｂとからなる。なお、アンテナ素子５１の構成や配置は図示のものに限定されない。アンテナ素子５１は、第１トリプレート線路４ａのグランド板３ａに形成された貫通孔４２を介して、第１トリプレート線路４ａの中心導体板２ａと電気的に接続されている（図１（ａ）参照）。

さて、本実施形態に係るアンテナ装置１では、第２トリプレート線路４ｂの中心導体２（中心導体板２ｂ）は、その先端部がグランド板３ｂの一側から外部に延出されると共に、その先端部を鉤状に成形して鉤部６が形成されており、第２トリプレート線路４ｂの中心導体２（中心導体板２ｂ）を、第１トリプレート線路４ａのグランド板３ａに形成された貫通孔４１に挿入し、かつ、鉤部６を第１トリプレート線路４ａの中心導体２（中心導体板２ａ）に係止させるように構成されている。

本実施形態では、鉤部６を平面視でＬ字状に形成したが、鉤部６の形状はこれに限定されるものではない。

また、本実施形態では、第１トリプレート線路４ａの中心導体板２ａに係止孔７を形成しておき、鉤部６を係止孔７に挿入し図１（ｃ）における右方向にスライドさせることで、鉤部６を中心導体板２ａに係止させるように構成しているが、これに限らず、例えば中心導体板２ａの端部に鉤部６を係止させるような構成としても構わない。両中心導体板２ａ，２ｂを係止させた後、中心導体板２ａと鉤部６の先端部（アンテナ素子５１側に突出した中心導体板２ｂ）とをはんだ付けすることにより、両中心導体板２ａ，２ｂ同士が固定されると共に電気的に接続される。

第２トリプレート線路４ｂの中心導体板２ｂは、鉤部６を係止孔７に挿入した際に、係止孔７の周縁の中心導体板２ａに当接する鍔部８を有している。鍔部８は、Ｌ字状の鉤部６の基端部に、鉤部６の先端部と平行となるように設けられ、鉤部６の先端部と鍔部８とで中心導体板２ａを挟み込みむように構成されている。

鍔部８は、貫通孔４１を通過でき、かつ係止孔７を通過できない大きさとする必要があるため、その大きさ（図１（ｃ）における左右方向の長さ）が、貫通孔４１よりも小さく、係止孔７よりも大きく形成される。鍔部８は、中心導体板２ｂが中心導体板２ａに当接する部分の面積を増大させて両中心導体板２ａ，２ｂの接続部における機械的強度を高める役割と、中心導体板２ｂの過挿入を抑制して両中心導体板２ａ，２ｂを係止させる作業を容易にする役割を果たしている。

また、第２トリプレート線路４ｂの中心導体板２ｂは、第１トリプレート線路４ａに挿入される部分の近傍に、その幅Ｗおよび長さＬを調整することでインピーダンス調整を行うことが可能なインピーダンス調整部９を有している。インピーダンス調整部９は、両トリプレート線路４ａ，４ｂの接続部におけるインピーダンスの調整を行うためのものであり、当該接続部の近傍に設けられる。インピーダンス調整部９は、中心導体板２ｂの一部の線路幅を拡げて形成されており、平面視で矩形状に形成されている。

なお、両トリプレート線路４ａ，４ｂの接続部におけるインピーダンスの調整は、貫通孔４１の大きさ（幅および長さ）によっても調整することが可能である。本実施形態では、インピーダンス調整部９の幅Ｗおよび長さＬと、貫通孔４１の大きさの両者を適宜調整することで、接続部におけるインピーダンスの調整を行っている。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１では、第１トリプレート線路４ａの２枚のグランド板３ａ間に挿入された第２トリプレート線路４ｂの中心導体板２ｂの周囲に、第１トリプレート線路４ａの２枚のグランド板３ａと電気的に接続された導電性部材１０を設けている。

第１トリプレート線路４ａ内に挿入された中心導体板２ｂは、グランド板３ｂで覆われていないため、インピーダンスが安定せずＶＳＷＲ（電圧定在波比）等の電気的特性の悪化の原因となる。アンテナ装置１では、第１トリプレート線路４ａ内に挿入された中心導体板２ｂの周囲の適切な位置にグランド電位とされた導電性部材１０を配置することにより、インピーダンスを安定させ電気的特性が悪化することを抑制している。

本実施形態では、導電性部材１０として、第２トリプレート線路４ｂのグランド板３ｂにおけるフランジ部５と、第１トリプレート線路４ａの２枚のグランド板２ｃとを貫通して設けられ、第２トリプレート線路４ｂのグランド板３ｂを第１トリプレート線路４ａに締結固定するボルト１０ａを用いている。ボルト１０ａは、両トリプレート線路４ａ，４ｂの接続部におけるインピーダンスを安定させると共に、グランド板３ｂと２枚のグランド板３ａを電気的に接続してグランド電位を共通とする導電性部材１０としての役割と、グランド板３ｂをグランド板３ａに締結固定して両トリプレート線路４ａ，４ｂを固定する役割の両者を果たしていることになる。

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、第１トリプレート線路４ａ内に挿入された中心導体板２ｂを、中心導体板２ｂの厚さ方向から挟み込むように２本のボルト１０ａを配置した。２本のボルト１０ａの距離は、所望の電気的特性が得られる距離となるように適宜調整される。

なお、ボルト１０ａの配置は図５（ａ）の配置に限定されるものではなく、例えば、図５（ｂ）に示すように、中心導体板２ｂの幅方向の一側（中心導体板２ａの延出方向と反対側）にさらにボルト１０ａを配置し、中心導体板２ｂの周囲に３本のボルト１０ａを配置するようにしてもよいし、図５（ｃ）に示すように、２本ずつのボルト１０ａで中心導体板２ｂを挟み込むようにし、中心導体板２ｂの周囲に４本のボルト１０ａを配置するようにしてもよい。

また、ここでは導電性部材１０としてボルト１０ａを用いる場合を説明したが、これに限らず、図５（ｄ）に示すように、導電性部材１０として金属板１０ｂを用いてもよい。さらに、図５（ｅ）に示すように、導電性部材１０として断面視でコ字状の金属板１０ｂを用い、中心導体板２ｂを３方向から覆うように構成してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係るアンテナ装置１では、第２トリプレート線路４ｂの中心導体２（中心導体板２ｂ）は、その先端部がグランド板３ｂの外部に延出されると共に、その先端部を鉤状に成形して鉤部６が形成されており、第２トリプレート線路４ｂの中心導体２（中心導体板２ｂ）を、第１トリプレート線路４ａのグランド板３ａに形成された貫通孔４１に挿入し、かつ、鉤部６を第１トリプレート線路４ａの中心導体２（中心導体板２ａ）に係止させるように構成され、かつ、第１トリプレート線路４ａの２枚のグランド板３ａ間に挿入された第２トリプレート線路４ｂの中心導体２（中心導体板２ｂ）の周囲に、第１トリプレート線路４ａの２枚のグランド板３ａと電気的に接続された導電性部材１０を設けている。

鉤部６を係止して両中心導体板２ａ，２ｂを接続する構成とすることで、接続部の機械的強度を高めることが可能となり、また、組立の際に両中心導体板２ａ，２ｂの位置決めを容易に行うことが可能となる。さらには、鉤部６を係止することで両中心導体板２ａ，２ｂが仮止めされた状態となるため、両中心導体板２ａ，２ｂのはんだ接続の作業を容易に行うことが可能になる。

さらに、中心導体板２ｂの周囲の適切な位置に導電性部材１０を設けることで、接続部におけるインピーダンスを安定させ、ＶＳＷＲ等の電気的特性の劣化を抑制することが可能になる。

つまり、本実施形態によれば、トリプレート線路４ａ，４ｂ同士の接続部の機械的強度が高く、組立性が良好であり、接続部での電気的特性の劣化を抑制可能なアンテナ装置１を実現できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、中心導体２が中心導体板２ａ，２ｂからなるトリプレート線路４ａ，４ｂを用いる場合を説明したが、これに限らず、トリプレート線路４ａ，４ｂの一方または両方に、誘電体基板に形成した配線パターンを中心導体２として用いた基板トリプレート線路を用いてもよい。

１ アンテナ装置
２ 中心導体
３ グランド板
４ トリプレート線路
６ 鉤部
７ 係止孔
８ 鍔部
９ インピーダンス調整部
１０ 導電性部材
１０ａ ボルト
４１ 貫通孔

Claims (6)

1. 中心導体を空気層を介して２枚のグランド板で挟み込んで構成されるトリプレート線路を、給電線路として用いたアンテナ装置であって、
   前記トリプレート線路が、第１トリプレート線路と、前記第１トリプレート線路に対して交差して接続された１つ以上の第２トリプレート線路と、を有し、
   前記第２トリプレート線路の前記中心導体は、その先端部が前記グランド板の外部に延出されると共に、その先端部を鉤状に成形して鉤部が形成されており、
   前記第２トリプレート線路の前記中心導体を、前記第１トリプレート線路の前記グランド板に形成された貫通孔に挿入し、かつ、前記鉤部を前記第１トリプレート線路の中心導体に係止させるように構成され、
   かつ、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板間に挿入された前記第２トリプレート線路の前記中心導体の周囲に、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板と電気的に接続された導電性部材を設けた
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導電性部材は、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板間に挿入された前記第２トリプレート線路の前記中心導体を挟み込むように配置される
   請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記導電性部材は、前記第２トリプレート線路の前記グランド板と、前記第１トリプレート線路の前記２枚のグランド板を貫通して設けられ、前記第２トリプレート線路の前記グランド板を前記第１トリプレート線路に締結固定するボルトからなる
   請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. 前記第２トリプレート線路の前記中心導体の前記鉤部を、前記第１トリプレート線路の前記中心導体に形成された係止孔に挿入しスライドさせることで、前記第１トリプレート線路の中心導体に係止させるように構成された
   請求項１〜３いずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記第２トリプレート線路の前記中心導体は、前記鉤部を前記係止孔に挿入した際に、係止孔の周縁の前記第１トリプレート線路の前記中心導体に当接する鍔部を有する
   請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記第２トリプレート線路の中心導体は、前記第１トリプレート線路に挿入される部分の近傍に、その幅および長さを調整することでインピーダンス調整を行うことが可能なインピーダンス調整部を有する
   請求項１〜５いずれかに記載のアンテナ装置。