JPH11163624A - 無指向性アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単かつ小型化が容易で、製造コスト
が低く、また給電線路からの不要輻射がなく良好な特性
が得られる無指向性アンテナを提供する。 【解決手段】 地導体板１３を挟んで第１および第２の
誘電体基板１１、１２を設け、これらの誘電体基板１
１、１２の面上に第１及び第２のアンテナ素子１４、１
５をそれぞれ形成する。アンテナ素子１４とアンテナ素
子１５間の位置において地導体板１３にスロット１６を
形成するとともに、第１のアンテナ素子１４を給電する
マイクロストリップ線路１７を設ける。この構成によ
り、構造が簡単かつ小型化が容易で、製造コストが低
く、良好な特性のアンテナが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動通信や室内無
線ＬＡＮ等の通信システムに使用される水平面内で一様
な放射指向性を有する無指向性アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】地下街の移動通信用無線基地局や室内の
移動無線用基地局に用いられるアンテナは、構造が簡単
且つ小型、薄型で、低コストであることが要求される。
また、このアンテナは地下街や室内の天井部分に設置さ
れる関係から、放射指向性は水平面については無指向性
で、垂直面については下方ヘビームチルトしていること
が望まれる。

【０００３】従来、移動通信用無線基地局の中でも特に
自動車電話の基地局では、ビームチルト指向性を実現す
るためにダイポール素子を縦方向に多段配列したコリニ
アアレーアンテナが用いられている。しかし、室内では
大型のアレーアンテナを使用することは難しい。この要
求を満たすアンテナとして、１９９４年電子情報通信学
会秋季大会ＳＢ−１−８で報告された「室内基地局用ビ
ームチルトダイポールアンテナ」が知られている。この
ビームチルトダイポールアンテナは、図９に示すように
１本の励振素子９１と、これを中心として半径ｄの円周
上に配列された複数の無給電素子９２で構成されてい
る。励振素子９１は長さａ₀ 、半径ｒ₀ の線状素子であ
り、ｚ軸上に配列されている。無給電素子９２は、長さ
ａ_i 、半径ｒ_i の線状素子であり、ｚ軸から角度γ傾斜
している。無給電素子の中心は、励振素子９１の中心か
らＳだけオフセットしている。

【０００４】図１０に、図９の構成で同じ長さの３本の
無給電素子９２を１２０°間隔で配列した場合の水平面
の放射指向性（ａ）と垂直面の放射指向性（ｂ）、
（ｃ）を示す。同図に示されているように、水平面及び
垂直面とも良好な放射指向性が得られている。なお、こ
の例はγ＝３０°、ｄ／λ＝０．１５８の場合で、無給
電素子９２が配列される円周の半径ｄは約２．５ｃｍと
している。

【０００５】このように、図９のアンテナは複数本の無
給電素子９２を励振素子９１の回りに空間的に独立した
形で、しかも励振素子９１と所定の位置関係をもって配
列する必要があるため、構造的に複雑である。しかも、
アンテナ素子９１、９２が線状素子で構成されているの
で、素子の単価は安いが、設置に非常に手間がかかり、
製造コストが高くなると言う問題点を有している。

【０００６】更に、このアンテナをアレー化する場合に
は、一層構造が複雑化するばかりでなく、同軸構造の給
電線路を多数の素子に給電するための新たな手段が必要
となるため、製造が困難で更に製造コストが上昇すると
共に、給電線路からの不要輻射が発生してアンテナ特性
を劣化させるという問題が生じる。

【０００７】また、特公平３−６６５７８号「無指向性
マイクロストリップアンテナ」には、円柱状の無給電素
子にマイクロストリップ給電線路で給電を行うようにし
たアンテナが示されている。このアンテナをアレー化す
る場合には、円柱状の無給電素子を長手方向に所定間隔
で配置し、これらにマイクロストリップ給電線路で並列
に給電を行う構成が取られている。

【０００８】しかし、この構成では、無給電素子に給電
するために、無給電素子を形成する円柱内に複数本のマ
イクロストリップ線路を設けなければならないため、構
造が複雑になるばかりでなく、円柱の半径を大きくしな
ければならなくなり、小型化できると言う利点も損なわ
れる。更に、マイクロストリップ給電線路は円柱形状の
無給電素子の内側の部分から不要輻射が発生して、アン
テナの特性を劣化させるという問題もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の無指向性アンテナは、特にアレー化した場合に構造が
複雑となり、小型化を図ることも難しく、更に給電線路
からの不要輻射が発生して、アンテナの特性が劣化する
と言う問題があった。

【００１０】本発明は、アレー化する場合においても、
構造が簡単且つ小型化が容易で、製造コストが低く、ま
た給電線路からの不要輻射がなく良好な特性が得られる
無指向性アンテナを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１に記載の発明に係る無指向性アンテナ
は、所定の間隔を介して対向する第１および第２の誘電
体基板と、これらの第１および第２の誘電体基板の間に
設けられた地導体板と、第１および第２の誘電体基板の
地導体板と反対側の面上にそれぞれ形成された第１及び
第２のアンテナ素子と、この第１のアンテナ素子と第２
のアンテナ素子との間の位置において地導体板に形成さ
れた開口部と、第１のアンテナ素子を給電する線路とを
具備することを特徴とする。

【００１２】このような構成とすることにより、構造が
簡単且つ小型化が容易で、製造コストが低く、また給電
線路からの不要輻射がなく良好な特性のアンテナを実現
することができる。

【００１３】また請求項２に記載の発明に係る無指向性
アンテナは、所定の間隔を介して対向する第１および第
２の誘電体基板と、これらの第１および第２の誘電体基
板の間に設けられた地導体板と、第１および第２の誘電
体基板の地導体板と反対側の面上にそれぞれ形成された
複数のアンテナ素子からなる第１のアレーアンテナ及び
複数のアンテナ素子からなる第２のアレーアンテナと、
第１のアレーアンテナと第２のアレーアンテナのそれぞ
れ対向するアンテナ素子間の位置において地導体板に形
成された開口部と、第１のアレーアンテナの一方の端か
ら数えて１番目のアンテナ素子を給電する線路と、第１
のアレーアンテナの一方の端から数えて偶数番目のアン
テナ素子と前記偶数より１大きい奇数番目のアンテナ素
子とを結ぶ線路と、第２のアレーアンテナの一方の端か
ら数えて奇数番目のアンテナ素子と前記奇数より１大き
い偶数番目のアンテナ素子とを結ぶ線路とを具備するこ
とを特徴とする。

【００１４】このようにアレー化された構成において
も、構造が簡単且つ小型化が容易で、製造コストが低
く、また給電線路からの不要輻射がなく良好な特性のア
ンテナを実現することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。なお、以下の図におい
て、同符号は同一部分または対応部分を示す。図１は、
本発明に係る無指向性アンテナの第１の実施形態を示す
アンテナ全体の斜視図であり、また図２はその分解斜視
図である。

【００１６】これらの図において、第１及び第２の誘電
体基板１１、１２が、地導体板１３を両者間に挟んで対
向して設けられ、更に誘電体基板１１、１２の地導体板
１３と反対側、即ち外側の面上に、矩形状の銅箔などの
導体膜からなる第１及び第２のアンテナ素子１４、１５
がフォトリソグラフィ技術によりそれぞれ形成される。
これらのアンテナ素子１４、１５は、いわゆるパッチア
ンテナを構成する。

【００１７】一方、地導体板１３には、各アンテナ素子
１４、１５の下部の位置即ちアンテナ素子１４とアンテ
ナ素子１５との間の位置において、両アンテナ素子１
４、１５を電磁的に結合するための開口部即ちスロット
１６が設けられ、更に第１のアンテナ素子１４を給電す
るためのマイクロストリップ線路１７が第１の誘電体基
板１１のアンテナ素子１４側に形成されている。

【００１８】なお、図２においては、第１及び第２の誘
電体基板１１、１２及び地導体板１３をそれぞれ分解し
て示してあるが、地導体板１３は誘電体基板１１、１２
のいずれか一方に形成されたものであり、この地導体板
１３の面上に他方の誘電体基板を重ね合わて接着するこ
とにより、図１の無指向性アンテナが製作される。

【００１９】次に、この無指向性アンテナの動作を説明
する。図１のアンテナは、図中下端が上側に位置するよ
うに例えば天井に取り付けられて設置される。今、マイ
クロストリップ線路１７に図中下端に接続された入出力
端子（図示せず）を通じて給電を行うと、アンテナ素子
１４、１５から水平面内の互いに反対方向に電波が放射
される。

【００２０】ここで、誘電体基板１１、１２の幅をＷ、
長さをＬ、比誘電率εｒとし、また誘電体基板１１、１
２それぞれの厚さをｔ、アンテナ素子１４、１５の幅を
Ｗａ、長さをＬａとする。また、スロットの長さをＬ
ｓ、幅をＷｓ、マイクロストリップ線路の幅をＷｍとす
る。

【００２１】試作例として、共振周波数が１．９ＧＨｚ
となるように上記のパラメータを定めたアンテナを作成
した。具体的には、Ｌ＝１５０．０ｍｍ、Ｗ＝３５．０
ｍｍ、Ｌａ＝４７．３ｍｍ、Ｗａ＝３５．０ｍｍ、ｔ＝
１．６ｍｍ、εｒ＝２．６、Ｗｍ＝４．０ｍｍ、Ｗｓ＝
１．０ｍｍとした。

【００２２】この試作例アンテナについて、実際の共振
周波数１．８７ＧＨｚにおける波長をλとして、スロッ
ト長Ｌｓを０．０３λから０．１２λまで変化させた場
合のＨ面指向性最大値と最小値の差を図３に示す。

【００２３】この実験結果より、スロット１６の形状が
細長い長方形の場合、そのスロット１６の長さＬｓを
０．０９λから０．１２λの範囲とすることで、アンテ
ナ素子１４，１５の面と直交する面に対して、約４ｄＢ
程度以下のレベル差を実現できることが分かる。即ち、
水平面について無指向性を実現することができる。

【００２４】図４に、本試作アンテナのＷ＝３５．０ｍ
ｍ、Ｌｓ＝２０．０ｍｍにおける放射指向性（周波数
１．６４５ＧＨｚの場合）を示す。また、図５（ａ）及
び（ｂ）に、Ｌｓ＝１０．０ｍｍにおける入カインピー
ダンス及び反射損失（周波数１．８７４ＧＨｚの場合）
を示す。ＶＳＷＲが２以下となる帯域幅は約１．７％
（同図（ｂ）の−１０ｄＢの帯域幅をΔｆとすると、Δ
ｆ／ｆｏ＝１．７％となっている。）と、通常のパッチ
アンテナと同様であるので、本試作例アンテナは正常に
動作していることが分かる。

【００２５】また、本試作例アンテナは、幅Ｗが３５ｍ
ｍ以下、厚さが３．２ｍｍと非常に形状が小さい。試作
例では、εｒ＝２．６としたが、これを更に高くするこ
とで、幅Ｗを更に狭めることができる。従って、図９に
示した複数の線状素子を円形に配列して構成した従来の
無指向性アンテナに比較して、小型、軽量でしかも構造
的に簡単であり、天井などへの設置も容易である。

【００２６】更に、アンテナの構成としては、基本的に
パッチアンテナであり、フォトリソグラフィ技術により
容易に作成できるため、製造コストも低減される利点が
ある。また、アンテナ素子１４、１５それぞれに給電線
路を設ける場合に比べて給電線路の長さを約半分にした
ので、線路からの不要放射を低減させることができ、ア
ンテナ特性も良好である。

【００２７】次に図６に、本発明に係る無指向性アンテ
ナの第２の実施形態として、図１の基本構成のアンテナ
を複数個配列してアレー化した場合の構成を示す。同図
に示されるように、この無指向性アレーアンテナは、第
１及び第２の誘電体基板６１、６２及び地導体板６３を
長尺に形成し、その長手方向に第１のアレーアンテナ６
４を構成する複数のアンテナ素子６４ａ〜６４ｄ、第２
のアレーアンテナ６５を構成する複数のアンテナ素子６
５ａ〜６５ｄ及びマイクロストリップ線路６６ａ〜６６
ｄ、第１のアレーアンテナ６４と第２のアレーアンテナ
６５のそれぞれ対向するアンテナ素子間の位置において
開口部即ちスロット６７ａ〜６７ｄが形成されている。

【００２８】マイクロストリップ線路６６ａは第１のア
レーアンテナ６４の一方の端（図６では下端）から数え
て１番目のアンテナ素子６４ａを直接給電し、その他の
マイクロストリップ線路６６ｂ〜６６ｄは、第１のアレ
ーアンテナ６４と第２のアレーアンテナ６５の各アンテ
ナ素子６４ｂ〜６４ｄ、６５ａ〜６５ｄを交互に給電す
るように配置されている。即ち第１のアレーアンテナ６
４の一方の端から数えて偶数番目即ち２番目のアンテナ
素子６４ｂと前記偶数より１大きい奇数番目即ち３番目
のアンテナ素子６４ｃとはマイクロストリップ線路６６
ｃで結ばれている。

【００２９】また、第２のアレーアンテナ６５の一方の
端から数えて奇数番目のアンテナ素子と前記奇数より１
大きい偶数番目のアンテナ素子、即ち１番目のアンテナ
素子６５ａと２番目のアンテナ素子６５ｂ、及び３番目
のアンテナ素子６５ｃと４番目のアンテナ素子６５ｄと
が、それぞれマイクロストリップ線路６６ｂ及びマイク
ロストリップ線路６６ｄで結ばれている。

【００３０】このように、アンテナ素子６４ａ〜６４
ｄ、６５ａ〜６５ｄに給電するマイクロストリップ線路
６６ａ〜６６ｄは、第１のアレーアンテナ６４と第２の
アレーアンテナ６５の各アンテナ素子６４ａ〜６４ｄ、
６５ａ〜６５ｄを交互に給電しているので、第１のアレ
ーアンテナ６４の各アンテナ素子６４ａ〜６４ｄ相互間
及び第２のアレーアンテナ６５の各アンテナ素子６５ａ
〜６５ｄ相互間を給電する場合より線路長を短くするこ
とができる為、不要放射を低減でき、良好なアンテナの
特性が得られる。

【００３１】またこの場合、マイクロストリップ線路６
６ａ〜６６ｄの長さ及びアンテナ素子６４ａ〜６４ｄ、
６５ａ〜６５ｄの間隔を適当に選定することで、放射ビ
ームをチルトさせることができる。この実施形態の利点
は、第１の実施形態と同様である。

【００３２】なお、第１及び第２の実施形態では、アン
テナ素子１４、１５、６４ａ〜６４ｄ、６５ａ〜６５ｄ
の形状を矩形としたが、アンテナ素子の形状はこれに限
らず、図７に示すように種々の変形が可能である。図７
においては、（ａ）は円形、（ｂ）は楕円、（ｃ）は三
角形の例であり、更に他の形状とすることもできる。

【００３３】更に、地導体板上１３、６３に設けたスロ
ット１６、６７ａ〜６７ｄは図８に示すように任意の形
状のスロットとすることができる。図８において、
（ａ）及び（ｂ）はクロススロット、（ｃ）はダンベル
形スロット、（ｄ）は三角形、（ｅ）は楕円、（ｆ）は
複数スロットであるが、更に他の形状であっても良い。
この場合、特に（ａ）のクロススロット、および（ｃ）
のダンベル形スロットでは、結合度を高くすることがで
き、広帯域化を図ることができる。

【００３４】また、以上の実施形態では、アンテナ素子
１４、１５、６４ａ〜６４ｄ、６５ａ〜６５ｄの中央に
スロット１６、６７ａ〜６７ｄ及びマイクロストリップ
線路１７、６６ａ〜６６ｄを設けたが、両者の位置関係
はこれに限るものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造が簡単且つ小型化が容易で、製造コストが低く、ま
た給電線路からの不要輻射がなく良好な特性が得られる
無指向性アンテナを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る無指向性アン
テナの構成を示す斜視図。

【図２】 第１の実施形態に係る無指向性アンテナの構
成を示す分解斜視図。

【図３】 第１の実施形態に係る無指向性アンテナにお
けるスロット長と放射指向性との関係を示す表図。

【図４】 第１の実施形態に係る無指向性アンテナの放
射指向性を示す図。

【図５】 第１の実施形態に係る無指向性アンテナの入
カインピーダンス及び反射損失を示す図。

【図６】 本発明の第２の実施形態に係る無指向性アン
テナの構成を示す斜視図。

【図７】 本発明の実施形態におけるアンテナ素子の変
形例を示す図。

【図８】 本発明の実施形態におけるスロットの変形例
を示す図。

【図９】 従来の無指向性アンテナの例を示す図。

【図１０】 図９に示す従来例の放射指向性を示す図。

【符号の説明】 １１…第１の誘電体基板 １２…第２の誘電体基板 １３…地導体板 １４、１５…アンテナ素子 １６…スロット １７…マイクロストリップ線路 ６１…第１の誘電体基板 ６２…第２の誘電体基板 ６３…地導体板 ６４…第１のアレーアンテナ ６５…第２のアレーアンテナ ６４ａ〜６４ｄ、６５ａ〜６５ｄ…アンテナ素子 ６６ａ〜６６ｄ…マイクロストリップ線路 ６７ａ〜６７ｄ…スロット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の間隔を介して対向する第１および第
   ２の誘電体基板と、 これらの第１および第２の誘電体基板の間に設けられた
   地導体板と、 前記第１および第２の誘電体基板の前記地導体板と反対
   側の面上にそれぞれ形成された第１及び第２のアンテナ
   素子と、 この第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間の
   位置において前記地導体板に形成された開口部と、 前記第１のアンテナ素子を給電する線路とを具備するこ
   とを特徴とする無指向性アンテナ。
2. 【請求項２】所定の間隔を介して対向する第１および第
   ２の誘電体基板と、 これらの第１および第２の誘電体基板の間に設けられた
   地導体板と、 前記第１および第２の誘電体基板の前記地導体板と反対
   側の面上にそれぞれ形成された複数のアンテナ素子から
   なる第１のアレーアンテナ及び複数のアンテナ素子から
   なる第２のアレーアンテナと、 前記第１のアレーアンテナと前記第２のアレーアンテナ
   のそれぞれ対向するアンテナ素子間の位置において前記
   地導体板に形成された開口部と、 前記第１のアレーアンテナの一方の端から数えて１番目
   のアンテナ素子を給電する線路と、 前記第１のアレーアンテナの一方の端から数えて偶数番
   目のアンテナ素子と前記偶数より１大きい奇数番目のア
   ンテナ素子とを結ぶ線路と、 前記第２のアレーアンテナの一方の端から数えて奇数番
   目のアンテナ素子と前記奇数より１大きい偶数番目のア
   ンテナ素子とを結ぶ線路とを具備することを特徴とする
   無指向性アンテナ。