JPWO2012160982A1 - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)金属キャビティと、この金属キャビティの内部に配置されたアンテナとを備え、
前記金属キャビティは、一部に絶縁体または誘電体のスロットを備え、
前記スロットの間隙方向は前記アンテナの主偏波の面に直交または非平行の方向であり、
前記アンテナは前記スロットを励振することを特徴とする。
図1は本発明の実施の形態であるアンテナ装置100の斜視図である。このアンテナ装置100は、金属キャビティ10と、この金属キャビティ10の内部に配置されたアンテナ20とを備えている。金属キャビティ10は一部に絶縁体または誘電体のスロット11を備えている。アンテナ20はスロット11を励振する位置に配置されている。
図4は、スロット11の大きさと、給電回路から見たアンテナ装置のリターンロス特性である。スロット11の寸法を図1に示した記号で表すと、条件は次のとおりである。
(2)D=8.5mm,W=25mm,T=5mm
(3)D=8.5mm,W=25mm,T=10mm
(4)D=8.5mm,W=25mm,T=20mm
金属キャビティ10の各部の寸法は、図1に示した記号で表すと、CD=100mm、CH=50mm、CW=25mmである。また、金属キャビティ10の壁厚は1mmである。この条件は以降に示す各種寸法をパラメータにした場合について共通である。
(2)−0.73dB
(3)−0.55dB
(4)−0.66dB
このように、スロット11の間隙Tが大きくなるにつれて広帯域に亘って放射することがわかる。しかし、Tを大きくしすぎるとリターンロスが全体に大きくなる。これはスロット11からの電磁波の放射効率が低下するからであると考えられる。したがって、スロット11が放射効率の良好なスロットアンテナとして作用するように、スロット11の間隙Tを定める。
次に、スロット11の幅Wが、金属キャビティ10のスロット形成面のエッジにまで達していない状態で、スロット11の間隙(高さ)寸法Tを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)W=10mm,T=30mm
(3)W=10mm,T=45mm
このように、スロット11の幅Wが小さいままであると、スロット11の間隙(高さ)Tを大きくしてもアンテナ効率はせいぜい−10dBであり、あまり大きくはならないことがわかる。
次に、スロット11の高さTを大きくしたまま、スロット11の幅Wが金属キャビティ10のスロット形成面のエッジにまで達しない範囲で、スロット11の幅Wを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)W=5mm,T=45mm
(3)W=10mm,T=45mm
このように、スロット11の幅Wが小さいままであると、アンテナ効率はせいぜい−10dBであり、あまり大きくはならないことがわかる。
次に、スロット11の高さTを修正して、スロット11の幅Wを変化させたときのアンテナ効率とリターンロスなどの特性変化について示す。
(2)L=30mm,T=10mm
(3)L=45mm,T=10mm
(4)L=60mm,T=10mm
なお、金属キャビティの幅(図1に示した寸法CW)は25mmであるので、L=15mmの場合は、スロット11は金属キャビティの側面に達していない。
次に、スロット11の全幅方向寸法Lを最適にしたまま、スロット11の高さTを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)L=45mm,T=5mm
(3)L=45mm,T=10mm
図9(B)に表れているように、スロット11の間隙(高さ)Tを小さくするほどアンテナのQ値が高くなり、リターンロスも増大することがわかる。このことからも、スロット11が放射素子として作用していることがわかる。
次に、アンテナのサイズを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)GL=15mm,NGL=5mm
(3)GL=25mm,NGL=5mm
なお、スロット11に対するアンテナ素子22の位置関係は一定である。すなわち、グランド導体23の長さを変えることによってアンテナサイズを変更している。
次に、スロット11と金属キャビティ内部のアンテナとの間隔を変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)d=5mm
(3)d=10mm
スロット11の寸法は、図1に示した記号で表すと、L(=W+2*D)=45mm,T=10mmである。
次に、金属キャビティ10におけるスロット11の位置を変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)H=0mm
(3)H=+10mm
なお、アンテナ20の位置は固定している。
次に、金属キャビティ10の奥行き寸法CDを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)CD=75mm
(3)CD=100mm
図13(A)、図13(B)から明らかなように、金属キャビティの奥行き寸法CDの変化に対するアンテナ特性の変化は小さい。すなわち、金属キャビティの奥行き寸法CDはスロットアンテナとしての特性に影響が無く、アンテナの特性に寄与しているのはやはりスロット11およびアンテナ20の配置領域であることがわかる。
次に、金属キャビティ10の幅寸法CWを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)CW=25mm
(3)CW=35mm
図14(A)、図14(B)から明らかなように、金属キャビティの幅寸法CWが小さいほどアンテナ特性は向上する。これは金属キャビティの幅寸法CWが小さいほど、スロットの切り込みが相対的に深くなるためであると考えられる。
次に、金属キャビティ10の高さ寸法CHを変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)CH=50mm
(3)CH=60mm
図15(A)から明らかなように、金属キャビティの高さ寸法CHが大きいほどアンテナ効率は高い。また、図15(B)から明らかなように、金属キャビティの高さ寸法CHが大きいほど広帯域化することがわかる。
次に、スロット11の誘電率を変化させたときのアンテナ効率およびリターンロスの変化について示す。
(2)εr=20
(3)εr=40
(4)εr=60
図16(A)、図16(B)から明らかなように、スロット11の誘電率が所定の誘電率(この例ではεr=40)のときアンテナ特性は最も向上する。これはスロット11に共振周波数特性があって、適用周波数がその共振周波数に一致するからであるものと考えられる。したがって、スロット11の寸法に応じてアンテナ装置の適用周波数で共振するようにスロット11の誘電率を定めればよい。
図17(A)は図8の(2)の特性を得たアンテナ装置の真上から見た指向性を示す図である。図17(B)は図16の(3)の特性を得たアンテナ装置の真上から見た指向性を示す図である。ここで、金属キャビティのスロット形成面の法線方向(前方)が90°に相当する。
いずれもスロット11の形成側に強く放射することがわかる。
10…金属キャビティ
11…スロット
20…アンテナ
21…基板
22…アンテナ素子
23…グランド導体
100…アンテナ装置
Claims (4)
- 金属キャビティと、この金属キャビティの内部に配置されたアンテナとを備え、
前記金属キャビティは、一部に絶縁体または誘電体のスロットを備え、
前記スロットの間隙方向は前記アンテナの主偏波の面に直交または非平行の方向であり、
前記アンテナは前記スロットを励振することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記スロットは空気より誘電率の高い誘電体である、請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記アンテナと前記スロットとの間隔は、適用周波数帯での(1/10)波長以下である、請求項1または2に記載のアンテナ装置。
- 前記スロットが形成された前記金属キャビティの面を、この面の法線方向に見た状態で、前記スロットが前記アンテナの一部に重なっている、請求項1〜3のいずれかに記載のアンテナ装置。
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