JP6070484B2 - 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）。

特開昭６３−８８９０２号公報

しかしながら、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、例えば、周波数共用とする場合においては、中心導体板が一体とならずに複数のブロックに分割されることとなるため、部品点数が増加して組立作業に手間がかかってしまう、という問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、組立が容易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の少なくとも一部が、誘電体基板に前記中心導体を設けた中心基板を、空気層を介して前記２枚のグランド板で挟み込んで構成されているアンテナ装置である。

前記誘電体基板は、前記中心導体を設けた側の面から当該面と対向する前記グランド板までの距離が、前記中心導体を設けた側と反対側の面から当該面と対向する前記グランド板までの距離よりも大きくなる位置に配置されていてもよい。

前記誘電体基板は、前記中心導体から前記２枚のグランド板までの距離が等しくなる位置に配置されていてもよい。

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、外部から供給された給電信号を前記第２トリプレート線路から前記第１トリプレート線路を介してアンテナ素子に伝送するように構成され、前記第１トリプレート線路の少なくとも一部が、前記中心基板を空気層を介して前記２枚のグランド板で挟み込んで構成されていてもよい。

前記第１トリプレート線路の一方の前記グランド板側に前記第２トリプレート線路を設け、他方の前記グランド板側に前記アンテナ素子を設けるように構成され、前記中心基板は、前記誘電体基板の前記アンテナ素子側に前記中心導体を設けて構成されていてもよい。

前記中心基板の前記中心導体を設けていない位置に、前記中心基板を前記グランド板に支持させるためのスペーサを設けてもよい。

本発明によれば、組立が容易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トリプレート線路の構造を示す模式的な断面図である。 （ａ）は図１の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、（ａ）は一方のグランド板を省略した斜視図、（ｂ）は第２トリプレート線路の構造を示す模式的な断面図である。 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。 図１のアンテナ装置における第１トリプレート線路の一方のグランド板を省略した斜視図である。

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トリプレート線路の構造を示す模式的な断面図である。

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。

図１〜３に示すように、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。

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、そのフランジ部分を、第１トリプレート線路４ａのグランド板３ａにボルト等で固定することで、第２トリプレート線路４ｂが第１トリプレート線路４ａに固定されると共に、グランド板３ａ，３ｂ同士が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、グランド板３ｂの一側部から延出され、その延出部分が、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（配線パターン２ａ）と電気的に接続されている。

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（配線パターン２ａ）と電気的に接続されている（図１（ａ）参照）。

さて、図１（ｂ）および図５に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１では、トリプレート線路４の少なくとも一部が、誘電体基板６に中心導体２となる配線パターン２ａを設けた中心基板７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ている。本実施形態では、第１トリプレート線路４ａの少なくとも一部が、中心基板７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。誘電体基板６は、例えばＦＲ４（Flame Retardant Type 4）基板を用いるとよい。グランド板３ａ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。

トリプレート線路４の中心導体２として中心基板７に設けられた配線パターン２ａを用いることで、中心導体２が複数のブロックに分割されている場合であっても、これらを一体の部品として取り扱うことが可能となり、組立作業を容易に行うことが可能になる。

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で分配された給電信号を第１トリプレート線路４ａにて各アンテナ素子５１に分配するため、図５に示すように、第１トリプレート線路４ａの中心導体２は必然的に多数のブロックに分割されてしまう。よって、この中心導体２が多数のブロックに分割される第１トリプレート線路４ａを、中心基板７を用いたトリプレート構造（以下、基板トリプレート構造という）とすることで、アンテナ装置１の組立を格段に容易にすることが可能になる。

なお、本実施形態では、第１トリプレート線路４ａのみを基板トリプレート構造としているが、これに限らず、第２トリプレート線路４ｂを基板トリプレート構造としても構わない。ただし、第２トリプレート線路４ｂは給電信号を分配するために比較的線路長の長い中心導体２が設けられているため、第２トリプレート線路４ｂに基板トリプレート構造を適用した場合、組立は容易になるものの誘電損失が大きくなってしまう。

よって、誘電損失を小さく抑えるためには、本実施形態における第１トリプレート線路４ａのように、中心導体２の線路長が短く、かつ、中心導体２が多数に分割されている部位にのみ、基板トリプレート構造を適用することが望ましい。

図１（ｂ）に示すように、誘電体基板６は、中心導体２となる配線パターン２ａを設けた側の面から当該面と対向するグランド板３ａまでの距離ａが、配線パターン２ａを設けた側と反対側の面から当該面と対向するグランド板３ａまでの距離ｂよりも大きくなる位置に配置されている。

線路間のアイソレーションを確保するためには、中心導体２である配線パターン２ａとグランド板３ａとをある程度接近させる必要があるが、配線パターン２ａには第２トリプレート線路４ｂの中心導体板２ｂがはんだ付けされるため、配線パターン２ａをグランド板３ａに接近させすぎると、中心導体板２ｂをはんだ付けした際のはんだ８がグランド板３ａに接触してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、アイソレーションを確保しつつはんだ８のグランド板３ａへの接触を抑制するため、誘電体基板６を２枚のグランド板３ａの中間の位置よりも配線パターン２ａを形成した側と反対側に偏った位置に配置している。ここでは、インピーダンス調整等の設計を容易とするため、誘電体基板６を、配線パターン２ａから２枚のグランド板３ａまでの距離が等しくなる位置に配置した。

また、本実施形態では、中心基板７は、誘電体基板６のアンテナ素子５１側に配線パターン２ａを設けて構成されている。これは、配線パターン２ａを第２トリプレート線路４ｂ側に設けると、第２トリプレート線路４ｂを固定した後に配線パターン２ａと中心導体板２ｂとをはんだ付けするための作業スペースが狭くなり、はんだ付けの作業が困難となるためである。

中心基板７は、図示しないスペーサを介してグランド板３ａに支持される。スペーサを配線パターン２ａを設けた位置に設けると、インピーダンスが変化し線路長を長くする等の調整を行う必要が生じるので、中心基板７の配線パターン２ａを設けていない位置に、スペーサを設けることが望ましい。つまり、中心導体２として金属板（中心導体板）を用いたトリプレート線路４では、中心導体板に直接スペーサを設ける必要があるため、インピーダンス整合のために線路長を長くする等の調整を行う必要があるが、基板トリプレート構造とすることで、このような調整が不要となり、線路長を短くして中心基板７を小型化し、中心基板７の取付作業を容易に行うことが可能になる。

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、トリプレート線路４の少なくとも一部が、誘電体基板６に中心導体２を設けた中心基板７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ている。

中心導体２として金属板（中心導体板）を用いた場合、周波数共用とするためには、周波数毎に、さらに偏波毎に中心導体２が分割され組立に手間がかかってしまうが、本実施形態のように誘電体基板６に中心導体２（配線パターン２ａ）を設けた中心基板７を用いることで、周波数毎および偏波毎の中心導体２を一体化することが可能になり、組立作業を容易に行うことが可能になる。

また、基板トリプレート構造とすることで、中心導体２に直接スペーサを設ける必要がなくなり、さらに、誘電体基板６による波長短縮効果も得られるので、中心導体２として金属板（中心導体板）を用いた場合と比較して、中心導体２の線路長を短縮することが可能となり、中心基板７を小型として組立をより容易に行うことが可能になる。

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、グランド板３や中心導体２（中心基板７含む）は、平板状でなく湾曲していてもよい。

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 誘電体基板
７ 中心基板

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の少なくとも一部が、誘電体基板に前記中心導体を設けた中心基板を、空気層を介して前記２枚のグランド板で挟み込んで構成されており、
   前記２枚のグランド板の一方には、前記２枚のグランド板の他方と対向する面の反対側の面にアンテナ素子が固定されており、
   前記アンテナ素子と前記中心導体とは、前記２枚のグランド板の一方に形成されている貫通孔を介して接続されており、
   前記２枚のグランド板の一方の両側には、前記２枚のグランド板の他方と対向する方向の反対方向に立設する一対の立設部が形成されており、前記アンテナ素子は、当該一対の立設部の間に配置されている
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記誘電体基板は、前記中心導体を設けた側の面から当該面と対向する前記グランド板までの距離が、前記中心導体を設けた側と反対側の面から当該面と対向する前記グランド板までの距離よりも大きくなる位置に配置されている
   請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記誘電体基板は、前記中心導体から前記２枚のグランド板までの距離が等しくなる位置に配置されている
   請求項２記載のアンテナ装置。
4. 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、外部から供給された給電信号を前記第２トリプレート線路から前記第１トリプレート線路を介してアンテナ素子に伝送するように構成され、
   前記第１トリプレート線路の少なくとも一部が、前記中心基板を空気層を介して前記２枚のグランド板で挟み込んで構成されている
   請求項１〜３いずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記第１トリプレート線路の一方の前記グランド板側に前記第２トリプレート線路を設け、他方の前記グランド板側に前記アンテナ素子を設けるように構成され、
   前記中心基板は、前記誘電体基板の前記アンテナ素子側に前記中心導体を設けて構成されている
   請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記中心基板の前記中心導体を設けていない位置に、前記中心基板を前記グランド板に支持させるためのスペーサを設けた
   請求項１〜５いずれかに記載のアンテナ装置。