JP6586586B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナに関する。

移動体通信などに用いられるアンテナにおいては、小型化及び高周波数化が進んでいる。

特許文献１には、シールドケースとプリント配線基板とでシールド構造が構成されている電子回路のシールド構造であって、前記シールドケースが、内面に導電層が形成され、一面側が開口している箱状であり、前記プリント配線基板が、シールドケースの開口部を蓋状に閉塞している基板本体と、その基板本体の内面側に実装されている電子回路と、その基板本体の全面にわたり形成されて前記シールドケースの導電層と電気的に接続されているベタＧＮＤ層とを有し、前記電子回路が、前記シールドケースの導電層とプリント配線基板のベタＧＮＤ層とで囲まれる空間内に収納されている電子回路のシールド構造が記されている。

非特許文献１には、マイクロストリップライン構造の基板において、９０度の折れ曲がりが存在するラインパターンにおける放射電力が、周波数が高くなるにしたがい大きくなることが記載されている。

特開平１１−１７３７７号公報

宮内啓次、川島鉄也、石田康弘、徳田正満、「折れ曲がりの存在するマイクロストリップ線路からの放射特性」、電子情報通信学会技術研究報告．Ａ・Ｐ、アンテナ・伝播、平成１１年８月２７日、第３５巻、第４２号、ｐ．９９

ところで、アンテナにおいて、アンテナ素子への給電線路などに用いられるマイクロストリップラインは、開放型の線路であるために、不要な電波の輻射が発生しやすい。そして、不要な電波の輻射は、周波数が高いほど大きくなる傾向がある。これらの不要な電波の輻射は、アンテナ素子が本来有する放射特性を損なう悪影響を与える。
本発明の目的は、給電線路からの不要な電波の輻射がアンテナ素子の特性に影響を与えにくいアンテナを提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナは、電波の送信及び受信を行うアンテナ素子と、アンテナ素子に給電する給電線路と、給電線路に対向して、基準電位を供給する基準導体と、導電性材料で構成された筐体と、を備え、給電線路は、基準導体と筐体とが容量結合して構成される空間に設けられ、筐体は、底面部及び底面部から立ち上がる側面部を有し、筐体の側面部と対向するように、基準導体から張り出した張出導体を有し、張出導体の長さが、アンテナ素子の中心周波数λに対して、０．１３λ以上０．２５λ未満であることを特徴とする。
このようなアンテナにおいて、基準導体は、誘電体材料により構成された板の一方の面に設けられ、給電線路は、板の他方の面に設けられていることを特徴とすることができる。
さらに、絶縁性材料で構成され、張出導体と筐体の側面部とが対向する部分に、絶縁部材を備えることを特徴とすることができる。
さらにまた、アンテナ素子は、パッチアンテナであって、基準導体は、パッチアンテナの地板を兼ねることを特徴とすることができる。

本発明によれば、給電線路からの不要な電波の輻射がアンテナ素子の特性に影響を与えにくいアンテナが提供できる。

本実施の形態が適用されるアンテナの全体構成の一例を示す正面側からの斜視図である。 本実施の形態が適用されるアンテナの全体構成の一例を示す裏面側からの斜視図である。 アレイアンテナの一例を示す図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線での断面図である。 給電回路の一例を示す図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線での断面図である。 アンテナの断面図である。 アンテナの指向性を示す図である。（ａ）は、本実施の形態が適用されるアンテナの水平面内の指向性（実施例）、（ｂ）は、本実施の形態が適用されないアンテナの水平面内の指向性（比較例）である。 張出導体によるシールド効果の測定に用いた構成例を示す図である。（ａ）は、測定用回路側から見た平面図、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線での断面図である。 シールド効果の測定例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。使用する図面は、本実施の形態を説明するために使用するものであり、実際の大きさを現すものではない。
アンテナは、可逆性により、電波を送信（放射）及び受信することができる。以下では、電波を送信する場合を説明するが、電波を受信する場合にも適用される。電波を受信する場合は、信号の流れの方向を逆にすればよい。

（アンテナ１）
図１は、本実施の形態が適用されるアンテナ１の全体構成の一例を示す正面側からの斜視図である。図１では、アンテナ１を後述するアレイアンテナ２０側（正面側）から見た斜視図である。なお、アンテナ１の内部を明瞭に示すために、後述する筐体５０を破線で示している。
アンテナ１は、アレイアンテナ２０と、給電回路３０と、接続ケーブル４０―１、接続ケーブル４０―２（区別しない場合は、接続ケーブル４０と表記する。）と、筐体５０と、信号が入出力されるコネクタ６０−１、６０−２（区別しない場合は、コネクタ６０と表記する。）とを備える。なお、コネクタ６０−１側に設けられる接続ケーブル４０−１は、給電回路３０の裏になるため表記していない。
給電回路３０を給電基板と表記することがある。
コネクタ６０−１、６０−２には、同軸ケーブルが接続される。

アレイアンテナ２０は、例えば、４つのパッチアンテナ２１−１〜２１−４（区別しない場合は、パッチアンテナ２１と表記する。）を備える。４つのパッチアンテナ２１−１〜２１−４は、水平方向に２つ、垂直方向に２つ配列されている。
パッチアンテナ２１の形状は、一例として、正方形であって、平行な二辺が垂直方向と水平方向とを向いている。
パッチアンテナ２１は、アンテナ素子の一例である。

ここでは、パッチアンテナ２１−１に示すように、直交する二辺にそれぞれ給電点２２ａ、２２ｂを備える。そして、給電点２２ａには、垂直偏波の信号が、給電点２２ｂには、水平偏波の信号が供給される。符号を付すことを省略するが、他のパッチアンテナ２１−２、２１−３、２１−４についても同様である。
すなわち、アレイアンテナ２０は、偏波共用アンテナである。

給電回路３０は、後述するコネクタ６０−１に接続された同軸ケーブル（不図示）からの垂直偏波の信号と、コネクタ６０−２に接続された同軸ケーブル（不図示）からの水平偏波の信号とを、パッチアンテナ２１−１〜２１−４のそれぞれに分配する。
給電回路３０は、パッチアンテナ２１−１〜２１−４側に、接地電位（ＧＮＤ）などの基準電位に設定された基準導体３１を備える。そして、給電回路３０は、パッチアンテナ２１−１〜２１−４側と反対側に、垂直偏波の信号及び水平偏波の信号を分配するとともに、給電する給電線路３２を備える（後述する図４参照）。後述するように、給電線路３２と基準導体３１とは、マイクロストリップラインを構成する。
そして、給電回路３０は、絶縁材料で構成された支柱を介して、筐体に固定されている。

基準導体３１は、パッチアンテナ２１における地板（導体板）として機能する。よって、パッチアンテナ２１と基準導体３１との距離（間隔）は、パッチアンテナ２１、すなわち、アレイアンテナ２０の放射特性によって設定される。
基準導体３１が、パッチアンテナ２１の地板（導体板）及びマイクロストリップラインである給電線路３２の基準導体を兼ねることで、アンテナ１が小型化される。
なお、導電性材料で構成された地板（導体板）を基準導体３１と別に設けてもよい。

そして、アンテナ１は、給電回路３０の縁辺部に、給電回路３０からアレイアンテナ２０の反対側に張り出すように設けられた張出導体３３−１〜３３−４（区別しない場合は、張出導体３３と表記する。）を備える。張出導体３３は、導電性材料で構成され、基準導体３１と直流的に接続されている。例えば、張出導体３３は、銅で構成された断面Ｌ字の部材であって、給電回路３０の縁辺部において、Ｌ字の一面に当たる部分が基準導体３１にはんだなどにより固定される。すなわち、張出導体３３は、基準導体３１と直流的に接続されている。

そして、アンテナ１は、給電回路３０の張出導体３３の外側に、誘電体材料で構成された絶縁性の絶縁フィルム３４を備える（図４（ｂ）、図５参照）。絶縁フィルム３４は、張出導体３３と後述する筐体５０の側面部５２とが、直流的に接続される（接触する）ことを抑制するもの（絶縁するもの）であればよい。なお、張出導体３３と筐体５０の側面部５２とが直接接触しなければ、すなわち、空気で隔てられていれば、絶縁フィルム３４を備えることを要しない。絶縁フィルム３４には、例えば、絶縁テープが使用できる。

コネクタ６０から供給される信号及び基準電位が、接続ケーブル４０を介して、給電回路３０に供給される。

筐体５０は、導電性材料で構成され、底面部５１と、底面部５１の縁辺から立ち上がる側面部５２−１〜５２−４（区別しない場合は、側面部５２と表記する。）とを備える。そして、筐体５０は、アンテナ１の給電回路３０側を覆う。この際、側面部５２は、給電回路３０の張出導体３３を内側にして、張出導体３３と対向する。後述するように、側面部５２は張出導体３３と近接して設けられることが好ましい。このため、張出導体３３の表面に、絶縁フィルム３４を設けて、側面部５２と張出導体３３とが直流的に結合する（接触する）ことを抑制する。
なお、絶縁フィルム３４は、張出導体３３に設ける代わりに、筐体５０の側面部５２の内側に設けてもよい。
ここで、絶縁フィルム３４は、絶縁部材の一例である。

また、図１とは逆に、張出導体３３が筐体５０の側面部５２の外側になるようにしてもよい。この場合、絶縁フィルム３４を設ける場所は、上記とは逆になる。

さらに、筐体５０を絶縁性材料で構成し、内側又は外側に導電性材料で構成された膜を設けてもよい。この場合であっても、筐体５０は、導電性材料で構成されているとする。

図２は、本実施の形態が適用されるアンテナ１の全体構成の一例を示す裏面側からの斜視図である。図２では、筐体５０をずらした状態を示している。図２において、アレイアンテナ２０は、給電回路３０の裏側になっていて見えない。
そして、給電回路３０の筐体５０側の面には、給電線路３２（後述する図４参照）が設けられている。

筐体５０には、コネクタ６０−１、６０−２が設けられている。また、筐体５０には、アンテナ１を壁面などに取付けるための部材が設けられてもよい。

アンテナ１は、パッチアンテナ２１を用いることで、厚さを薄くできる。すなわち、アンテナ１は、平面アンテナとなる。設置場所に制限のある場所では、厚さが薄い平面アンテナが好ましい。
なお、パッチアンテナ２１の代わりにダイポールアンテナなど他のアンテナ素子を用いてもよい。

（アレイアンテナ２０）
図３は、アレイアンテナ２０の一例を示す図である。図３（ａ）は、平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線での断面図である。
アレイアンテナ２０のパッチアンテナ２１は、図３（ｂ）に示すように、例えば、誘電体材料で構成された板状の基体２３上に設けられた導電性材料の膜（層）で構成されている。なお、パッチアンテナ２１の地板は、給電回路３０の基準導体３１であるので、図３（ａ）、（ｂ）では、パッチアンテナ２１の素子部分をパッチアンテナ２１とする。

基体２３は、ガラスエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、セラミクスなどの誘電体材料で構成された板である。なお、基体２３の誘電体材料は、高周波領域における損失が小さいものが好ましい。
導電性材料の膜（層）は、銅、アルミニウムなどであって、パッチアンテナ２１として予め定められた形状（ここでは正方形）に、エッチングなどにより加工される。
なお、パッチアンテナ２１の表面側には、シリコーンなどの絶縁性の保護層が設けられてもよい。

そして、パッチアンテナ２１の直交する二つの辺には、給電回路３０から垂直偏波の信号が給電される給電点２２ａと水平偏波の信号が給電される給電点２２ｂとが設けられる。そして、給電点２２ａ、２２ｂのそれぞれに対応して、給電回路３０から延びた給電線（ワイヤ）３７ａ、３７ｂ（後述する図４（ａ）参照。図３（ｂ）では、給電線３７ａを示す。）が貫通する貫通孔２４ａ、２４ｂが、基体２３に設けられている。
なお、給電点２２ａ、２２ｂ、貫通孔２４ａ、２４ｂは、パッチアンテナ２１−１にのみ表記するが、他のパッチアンテナ２１−２〜２１−４においても同様である。

図３（ｂ）では、給電点２２ａ及び貫通孔２４ａを示している。なお、図３（ｂ）に示すように、基体２３のパッチアンテナ２１が設けられていない側には、何も設けられていない。

なお、基体２３を用いず、金属板等の電導性材料の板などでパッチアンテナ２１を構成してもよい。

図４は、給電回路３０の一例を示す図である。図４（ａ）は、平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線での断面図である。図４（ａ）に示す平面図は、図２に示したように、筐体５０側から見た平面図である。よって、給電線路３２が見える。
また、図４には、張出導体３３及び絶縁フィルム３４を合わせて示している。

給電回路３０の給電線路３２は、例えば、誘電体材料で構成された板状の基体３５上に設けられた導電性材料の膜（層）で構成されている。そして、給電回路３０の基準導体３１は、基体３５の給電線路３２とは反対側の面に設けられた導電性材料の膜（層）で構成されている。すなわち、給電線路３２と基準導体３１とは、基体３５を介したマイクロストリップラインを構成する。

基体３５は、基体２３と同様に、ガラスエポキシ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、セラミックなどの誘電体（絶縁体）材料で構成された板である。
基準導体３１及び給電線路３２は、パッチアンテナ２１と同様に、基体３５の両面に設けられた銅、アルミニウムなどの導電性材料の膜（層）が、エッチングなどによりに加工されて構成される。
なお、基体３５の基準導体３１側及び／又は給電線路３２側に、シリコーンなどの絶縁性の保護層が設けられてもよい。

ここでは、基体３５を用いたが、基体３５を用いずに、導電性材料の板（金属板、金属線）で、基準導体３１と給電線路３２とを構成してもよい。この場合、給電線路３２と基準導体３１とは、空気を介したマイクロストリップラインを構成する。

そして、給電回路３０は、接続ケーブル４０−１を介してコネクタ６０−１と接続される給電点３６−１と、接続ケーブル４０−２（図１参照）を介してコネクタ６０−２と接続される給電点３６−２とを備える。すなわち、給電点３６−１には、垂直偏波の信号が、給電点３６−２には、水平偏波の信号が供給される。

さらに、給電回路３０は、アレイアンテナ２０のそれぞれのパッチアンテナ２１の給電点２２ａ、２２ｂに対応する位置に、給電線３７ａ、３７ｂを備える。給電線３７ａ、３７ｂは、基体３５を貫いて設けられている。
そして、図３（ａ）に示したように、アレイアンテナ２０の基体２３に設けられた貫通孔２４ａ、２４ｂを通って、パッチアンテナ２１の給電点２２ａ、２２ｂに接続される。

給電線路３２を説明する。給電点３６−１に接続された給電線路３２ａは、給電線路３２ｂと給電線路３２ｃとに分岐する。そして、分岐した給電線路３２ｂは、給電線路３２ｄと給電線路３２ｅとに分岐する。また、分岐した給電線路３２ｃは、給電線路３２ｆと給電線路３２ｇとに分岐する。
給電線路３２ｄは、パッチアンテナ２１−１の給電線３７ａに接続され、給電線路３２ｅは、パッチアンテナ２１−２の給電線３７ａに接続される。給電線路３２ｆは、パッチアンテナ２１−３の給電線３７ａに接続され、給電線路３２ｇは、パッチアンテナ２１−４の給電線３７ａに接続される。
給電点３６−２に接続された給電線路３２も同様である。よって、説明を省略する。

なお、給電点３６−１からパッチアンテナ２１の給電線３７ａまでの線路長（経路長）は、パッチアンテナ２１（パッチアンテナ２１−１〜２１−４）間において同じになるように設定されている。給電点３６−２からパッチアンテナ２１の給電線３７ｂまでの経路長も同様である。
すなわち、パッチアンテナ２１−１〜２１−４には、垂直偏波の信号及び水平偏波の信号が同相で送信される。

そして、給電回路３０の基準導体３１は、給電線３７ａ、３７ｂが基体３５を貫く部分を除いて、基体３５の全面を覆うように設けられている。

そして、図４（ｂ）に示すように、給電回路３０の縁辺部には、断面がＬ字状の張出導体３３が設けられている。そして、張出導体３３（図４（ｂ）では、張出導体３３−２、３３−４）は、張出導体３３が基準導体３１と接する部分（図４（ｂ）の領域α、βなど）で、はんだなどにより基準導体３１に取付けられている。
さらに、張出導体３３の外側には、絶縁フィルム３４が設けられている。

図５は、アンテナ１の断面図である。図５に示す断面図は、図３（ｂ）と図４（ｂ）との組み合わせである。すなわち、図５における最も下側に、筐体５０が配置される。その上側に、給電回路３０が配置される。そして、最も上に、アレイアンテナ２０が配置される。

そして、給電回路３０の給電線３７ａ、３７ｂが、アレイアンテナ２０側に基体２３の貫通孔２４ａ、２４ｂを貫通し、アレイアンテナ２０におけるそれぞれのパッチアンテナ２１の給電点２２ａ、２２ｂに接続される。なお、図５は図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線での断面図であるので、図５には、給電線３７ａ、給電点２２ａ、貫通孔２４ａのみが表記されている。

さらに、給電回路３０に取付けられた張出導体３３−２が、その外側の絶縁フィルム３４を介して、筐体５０の側面部５２−２と対向している。同様に、張出導体３３−４が、絶縁フィルム３４を介して、筐体５０の側面部５２−４と対向している。他の張出導体３３−１、３３−３も同様に、絶縁フィルム３４を介して、筐体５０の側面部５２−１〜５２−４と対向している。

なお、アンテナ１は、図５に破線で示すように、アレイアンテナ２０の上側に、無給電素子アレイ７０を備えていてもよい。無給電素子アレイ７０は、パッチアンテナ２１−１〜２１−４のそれぞれに対応して、４つの無給電素子７１を備える。なお、図５では、パッチアンテナ２１−１、２１−２及びパッチアンテナ２１−１、２１−２に対応する無給電素子７１−１、７２−２を示している。無給電素子７１は、パッチアンテナ２１と同様に製作される。なお、無給電素子７１には、直接特定の電位は供給されない。

さらに、アンテナ１は、図５に破線で示すように、アレイアンテナ２０の上側に、パッチアンテナ２１、無給電素子７１を覆うように、レドーム８０を備えてもよい。
レドーム８０は、樹脂やＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の、電波を透過し易い低誘電率で低誘電損失の材料で構成される。

図６は、アンテナ１の指向性を示す図である。図６（ａ）は、本実施の形態が適用されるアンテナ１の水平面内の指向性（実施例）、図６（ｂ）は、本実施の形態が適用されないアンテナ１の水平面内の指向性（比較例）である。縦軸が、放射強度（ｄＢ）、横軸が、放射角（°）である。ここで、放射角とは、アレイアンテナ２０の中心に立てた垂線に対する角度である。
そして、図６（ａ）、（ｂ）に示す実施例及び比較例とも、４ＧＨｚ帯での実験結果である。

図６（ａ）に示す本実施の形態が適用されるアンテナ１（実施例）は、張出導体３３及び絶縁フィルム３４を備えるアンテナである。そして、張出導体３３の張り出した長さ（基体３５と直交する方向の長さ）は中心波長λ_０の１／８（１／８λ_０）に設定されている。
図６（ｂ）に示す本実施の形態が適用されないアンテナ１（比較例）は、張出導体３３及び絶縁フィルム３４を備えないアンテナである。すなわち、給電回路３０の基準導体３１が、筐体５０の側面部５２の近傍まで延びているが、接触していない状態である。

図６（ａ）に示すアンテナ１（実施例）は、図６（ｂ）に示すアンテナ１（比較例）に比べ、放射角０°近傍（おおよそ±６０°の範囲）において対称性がよいとともに、サイドローブの放射強度が低く抑えられている。

これは、筐体５０と給電回路３０の基準導体３１とにより構成される空間が、張出導体３３を介してシールドされたことによると考えられる。すなわち、給電回路３０から発生する不要な電波の輻射が、このシールドされた空間に閉じ込められ、アレイアンテナ２０側に漏れ出すことが抑制されている。よって、アレイアンテナ２０は、不要な電波の輻射の影響を受けにくい。すなわち、図６（ａ）に示した、放射角０°に対して対称性のよい放射特性は、アレイアンテナ２０の本来の放射特性（アレイファクタ）であって、給電回路３０からの不要な電波の輻射の影響が抑制されているためである。同様に、サイドローブの放射強度に低く抑えられている。

一方、図６（ｂ）に示したアンテナ１（比較例）では、張出導体３３を用いていないため、筐体５０と給電回路３０の基準導体３１とにより構成される空間のシールド性が悪い。このため、給電回路３０から発生する不要な電波の輻射が、アンテナ１の特性に影響し、対称性を乱すとともに、サイドローブの放射強度を大きくしている。
なお、対称性の乱れは、給電回路３０において、給電線路３２の配置によると考えられる。すなわち、給電線路３２は、信号を分配するように基体３５上に設けられる。この際、給電線路３２の折れ曲がり部分は、曲率半径が小さいほど、放射強度が大きい不要な電波の輻射を生じやすい。また、基体３５の外縁に近い部分では、給電線路３２を取り巻く電気力線が、基準導体３１に収束せず、基準導体３１から漏れやすい。すなわち、基体３５の外縁に近い部分に設けられる給電線路３２は、基体３５の外縁に近いほど不要な電波の輻射を生じやすい。そして、これらの不要な電波の輻射は、周波数が高いほど、放射強度が大きい。

しかし、アンテナ１を小型にするには、折れ曲がり部分の曲率半径が小さく、且つ、基体３５の外縁の近傍に給電線路３２を設けることになる。そして、アンテナ１に用いられる周波数は、高くなっている。

そこで、本実施の形態では、導電性材料で構成された筐体５０と、給電回路３０の基準導体３１とで、不要な電波の輻射である電磁波を閉じ込める空間（シールド空間）を構成している。
一般に、電磁波を閉じ込めるシールド空間は、導電性材料である金属板を、ねじやはんだなどでつなぎ合わせて構成される。しかし、複数の金属板をつなぎ合わせた場合、つなぎ合わせた部分において電位が不連続となりやすい。このため、多数のねじやはんだにより金属板を緊密につなぎ合わせることが必要となる。
小さな電子装置などでは、多数のねじやはんだで金属板を緊密につなぎ合わせてもよいが、アンテナ１など、装置が大きくなると、多数のねじやはんだで金属板を緊密につなぎ合わせようとすると、コストが上がってしまう。

また、筐体５０の底面部５１から立ち上がる導体板を、給電線路３２の周囲を覆うように衝立状に設けて、チョークとすることが考えられる。チョークとは、不要な電波の中心波長λ_０に対して１／４λ_０の長さの導体板を配置し、往復で１／２λ_０とすることで電波を打消させて電波の伝搬を抑制するものである。しかし、導体板の長さとして、１／４λ_０が必要なことから、筐体５０の厚さが、１／４λ_０以上となってしまう。

次に、筐体５０の底面部５１に向かって張り出した張出導体３３の長さｈとシールド効果との関係について説明する。
図７は、張出導体３３によるシールド効果の測定に用いた構成例を示す図である。図７（ａ）は、測定用回路９０側から見た平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線での断面図である。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、シールド効果の測定に用いた構成例は、測定用回路９０と、筐体５０とを備える。測定用回路９０は、給電回路３０と同様に、誘電体材料で構成された板状の基体９３上に導電性材料の膜で構成された測定用線路９２と、測定用線路９２とは反対側の面に設けられた導電性材料で構成された基準導体９１とを備える。なお、図７（ａ）では、測定用線路９２は、基体９３の裏面側に設けられているため破線で表記する。測定用線路９２と基準導体９１とは、マイクロストリップラインを構成する。マイクロストリップラインにおいては、９０度の折れ曲がりが存在するラインパターンにおける放射電力は、周波数が高くなるにしたがって大きくなる。そこで、本構成例では測定用線路９２を曲がりくねった形状（メアンダ状）にしている。なお、測定用線路９２の一端部を給電点とした。測定用線路９２の他端部は、開放されている。給電点は、基体９３の一つの辺の中央部に設けられている。なお、基体９３の給電点と反対側の辺の筐体５０の外側を測定点とした。
基準導体９１の周囲には、給電回路３０と同様に、張出導体３３を設けている。張出導体３３は、筐体５０の底面部５１から立ち上がる側面部５２と、隙間ｇで対峙する。ここでは、隙間ｇを０．５ｍｍとした。すなわち、筐体５０と測定用回路９０の基準導体９１とは、直流的に絶縁された状態となっている。しかしながら、張出導体３３と、筐体５０の側面部５２とは容量結合された状態となっているためシールド効果が期待できる。ここでは、張出導体３３の長さｈを１０ｍｍとした。

図８は、シールド効果の測定例を示す図である。図７（ａ）に示す測定用回路９０の給電点から測定用線路９２対して、１ＧＨｚから１７ＧＨｚまでの帯域の信号を給電した。そして、図７（ａ）に示す測定点において、筐体５０の外部に漏れる電力を１ＧＨｚ間隔で測定した。図８において、縦軸は、張出導体３３を設けない場合を基準（図中の０ｄＢ）とした減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。
測定したすべての周波数において減衰量が−１０ｄＢ以上となり、容量結合によりシールド効果が得られていることが分かる。特に効果が見られるのは、８ＧＨｚであるが、４ＧＨｚから１３ＧＨｚ、波長λで換算すると張出導体３３の長さｈが０．１３λから０．４３λの広い範囲にわたって−２０ｄＢ以上の減衰量が得られている。なお、８ＧＨｚにおいて、特にシールド効果が見られる理由は、張出導体３３の長さが波長λに対して１／４λの整数倍の長さに近づくことで、張出導体３３がチョークとしても機能するからである。
なお、本測定例では張出導体３３の長さｈを１０ｍｍとしたため、１／４λとなる周波数は、７．５ＧＨｚである。

本構造では容量結合によりシールドされているため、基本的には波長に対して張出導体３３の長さｈが長くなるほどシールド効果が大きくなると思われる。しかし、図８に示すように、実際には周波数がある周波数（例えば１２ＧＨｚ）より高くなると減衰量が減る傾向になっている。これは、容量結合の結合量が少なくなることにより、張出導体３３と筐体５０の側面部５２との隙間（隙間ｇ）から電波が漏れるためと考えられる。

したがって、より高い周波数で使用する場合は、張出導体３３と筐体５０の側面部５２との隙間ｇを狭くすればよい。また、シールド効果を最大限に発揮させるためには、張出導体３３の長さｈを、使用する波長λの１／４λの整数倍になるようにすればよい。つまり、使用する周波数によって、張出導体３３の長さｈと、張出導体３３と筐体５０の側面部５２との隙間ｇとを変更すればよい。

アンテナ１においては、給電回路３０から発生する不要な電波の輻射がアレイアンテナ２０側に漏れて、アレイアンテナ２０の特性に悪影響を与えることが抑制されればよい。
すなわち、アンテナ１では、送信する周波数において、不要な電波の輻射が抑制されればよく、直流的に接続されたシールド空間を要しない。そこで、本実施の形態では、筐体５０と給電回路３０の基準導体３１とを容量結合した構造とした。

なお、容量結合で構成したシールド空間の場合、容量結合の結合量が大きいことが好ましい。本実施の形態においては、筐体５０と給電回路３０の基準導体３１との間の結合量（静電容量）が大きいことが好ましい。そこで、筐体５０の側面部５２と給電回路３０の基準導体３１との間に、基体３５から直交する方向に張り出した張出導体３３を設け、結合量（静電容量）を調整している。すなわち、図６（ａ）のアンテナ１（実施例）と図６（ｂ）のアンテナ１（比較例）とで、放射特性が異なるのは、給電回路３０の基準導体３１との間の結合量の差によるものと考えられる。
よって、張出導体３３は、筐体５０と基準導体３１との容量結合の程度、すなわち、アンテナ１の放射特性により設けなくともよい。
図６（ａ）のアンテナ１（実施例）及び図８に示すように、張出導体３３を用いたとしても、張出導体３３の長さｈは、１／８λ_０程度であってもよく、チョークの場合（１／４λ_０）に比べて短くできる。

なお、絶縁フィルム３４は、容量結合のために設けられているのではなく、筐体５０と給電回路３０の基準導体３１に設けた張出導体３３とが、振動などにより接触することを抑制するためである。よって、筐体５０と張出導体３３とが、接触するおそれがなければ、絶縁フィルム３４を設けなくともよい。

アレイアンテナ２０側に給電回路３０から輻射された不要な電波が回り込まなければ、アンテナ１の特性に悪影響が生じない。筐体５０を用いず、給電回路３０における基準導体３１の縁辺部（例えば、基準導体３１を囲む４辺）に、張出導体３３を設けた構成としてもよい。このようにすれば、給電回路３０から輻射された不要な電波が、アンテナ１の少なくとも正面側の回り込むことが抑制される。これによっても、給電回路３０からの不要な電波の輻射による電磁波によるアンテナ１の放射特性に対する悪影響が抑制される。

また、張出導体３３の張り出した先に電導性材料からなる板を設け、張出導体３３と板とを容量結合させてもよい。また、張出導体３３の板に対向する部分を、断面がＬ字状になるようにして、容量結合の結合量を調整してもよい。
この場合、電導性材料からなる板が、筐体の一例である。

以上説明したように、張出導体３３は、断面がＬ字状の電導性材料の一面を基準導体３１の縁辺部にはんだなどで取り付けた。しかし、基体３５を用いずに、給電線路３２及び基準導体３１を電導性材料の板で構成する場合には、基準導体３１の縁辺を折り曲げて張出導体３３としてもよい。
また、ポリイミドなどで構成されたフレキシブル基板を用いて、基準導体３１と給電線路３２とを構成する場合には、フレキシブル基板を折り曲げて、張出導体３３とすればよい。

さらに、本実施の形態では、筐体５０と給電回路３０の基準導体３１とを直流的に接続しない。よって、異種の金属を接触させた際に発生する相互変調歪（ＩＭ）によるノイズの発生も生じない。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

１…アンテナ、２０…アレイアンテナ、２１、２１−１〜２１−４…パッチアンテナ、２３、３５、９３…基体、３０…給電回路、３１、９１…基準導体、３２…給電線路、３３、３３−１〜３３−４…張出導体、３４…絶縁フィルム、４０、４０−１、４０−２…接続ケーブル、５０…筐体、５１…底面部、５２…側面部、６０、６０−１、６０−２…コネクタ、７０…無給電素子アレイ、７１、７１−１、７１−２…無給電素子、８０…レドーム、９０…測定用回路、９２…測定用線路

Claims (4)

1. 電波の送信及び受信を行うアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子に給電する給電線路と、
   前記給電線路に対向して、基準電位を供給する基準導体と、
   導電性材料で構成された筐体と、を備え、
   前記給電線路は、前記基準導体と前記筐体とが容量結合して構成される空間に設けられ、
   前記筐体は、底面部及び当該底面部から立ち上がる側面部を有し、
   前記筐体の側面部と対向するように、前記基準導体から張り出した張出導体を有し、
   前記張出導体の長さが、前記アンテナ素子の中心周波数λに対して、０．１３λ以上０．２５λ未満であることを特徴とするアンテナ。
2. 前記基準導体は、誘電体材料により構成された板の一方の面に設けられ、前記給電線路は、当該板の他方の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 絶縁性材料で構成され、前記張出導体と前記筐体の前記側面部とが対向する部分に、絶縁部材を備えることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記アンテナ素子は、パッチアンテナであって、前記基準導体は、当該パッチアンテナの地板を兼ねることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ。

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