WO2004068635A1

WO2004068635A1 - アンテナ装置

Info

Publication number: WO2004068635A1
Application number: PCT/JP2004/000274
Authority: WO
Inventors: Yutaka Saito; Hiroyuki Uno; Genichiro Ota; Hiroshi Haruki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2004-08-12
Also published as: DE602004009404T2; JP2004266333A; KR100647214B1; EP1575127A4; KR20050098236A; US20060071870A1; DE602004009404D1; US7227509B2; EP1575127A1; EP1575127B1; CN1742407A

Abstract

線状素子１０１ａ～１０１ｄは、素子長Ｌ１が半波長の長さを有する導体であり、ひし形形状に配置される。遅延素子１０２ａ及び遅延素子１０２ｂは、全長が１／４波長であり、長さＬ２が１／８波長で折り返された導体である。線状素子１０１ａ及び線状素子１０１ｃは遅延素子１０２ａを介して、線状素子１０１ｂ及び線状素子１０１ｄは遅延素子１０２ｂを介してそれぞれ接続される。給電部１０３は、線状素子１０１ａ及び線状素子１０１ｂの一端に接続され、線状素子に給電を行う。線状素子１０１ｃ及び線状素子１０１ｄの先端は長さＬ３の間隔で開放されている。反射板１０４は、遅延素子付ひし形アンテナから距離ｈが０．４２波長−Ｚ側に離れた位置に配置される。これにより、小型無線機に搭載するのに適し、水平方向にチルトした水平偏波又は垂直偏波の主ビームを形成するアンテナ装置を実現することができる。

Description

アンテナ装置技術分野

本発明は、移動体通信に用いるアンテナ装置に関し、例えば、無線 L ANシステムの固定無綠機及び無線端明末に適用して好適なものである。背景技術

無線 L ANシステムなどの広帯域無線通信書においては、マルチパスフエ一ジングゃシャドーイングにより伝送品質が劣化するという問題があり、特に屋内では顕著である。このため、マルチパスフェージングゃシャドーイングなどの劣悪な電波伝搬環境でも伝送品質を適度に維持できるように、無線機に搭載される指向性アンテナには主ビームが全ての方向に向くように制御できることが求められる。

また、机上に置いて使用されるノート P C型の端末無線機や天井に設置される固定無線機に搭載されるアンテナには、それら無 #泉機の構造上の理由から平面構造であることが求められる。また、主ビームの仰角がアンテナ面に対して垂直方向から水平方向に傾斜（チルト）していることが求められる。

このような放射特性を実現するセクタアンテナとして、スロット八木 '宇田アレー平面マルチセクタアンテナが電子情報通信学会論文誌 (B ) Vol.J85-B,

Νο·9, pp.1633- 1643， 2002.に開示されている。以下、このセクタアンテナについて簡単に説明する。

図 1は、従来のセクタアンテナの構成を示す平面図である。この図に示すように、スロットアレー 1 1 a〜l 1 f は、それぞれ 5素子のスロットが配列されている。セクタアンテナは、このスロットアレー 1 1 a〜l 1 f を放射状に円形配列した構成である。このスロットアレー単体（例えば 1 1 aのみ）の主ビームは、垂直面の仰角 0が 4 5度〜 6 0度の方向にチノレトし、水平面において Y方向に向く。このようなスロットアレーを水平面（X Y面）に 6 0度間隔で配列し、各スロットアレー 1 1 a〜 1 1 f を選択的に給電することで、 3 6 0度を 6分割した各セクタに対して主ビームの指向性を切り替えることができる。このセクタアンテナの寸法は、例えば、動作周波数が 5 G H zの場合、直径し 1 7が 1 9 8 mm ( 3 . 3波長）であり、面積は 3 0 7 9 0平方 mmとなる。

また、他のアンテナとして、先端開放ひし形アンテナが特開平 1 1— 3 5 5 0 3 0号公報及び電子情報通信学会論文誌（B ) Vol.J82-B, No.10, pp.1915-1922, 1999.に開示されている。図 2は、従来のひし形アンテナの構成を示す平面図である。この図に示すように、線状素子 2 1及び 2 2は、動作周波数の 1波長の長さを有し、素子中央が所定の角度で折り曲げられ、 2本の線状素子で先端開放のひし形形状となるように配置される。このアンテナでは、給電点 2 3が給電することにより、アンテナ面（X Y面）に対して垂直な Z方向に主ビームが得られる。

しかしながら、上記従来のスロット八木'宇田アレー平面マルチセクタアンテナでは、 6セクタアンテナの平面寸法が大きく、また円形形状であるため、小型無線機に搭載しにくいという問題がある。

また、上記従来の先端開放ひし形アンテナでは、主ビーム方向がアンテナ面に対して垂直方向であるので、水平方向にチルトした主ビームが得られず、ノ一ト P C型の無線端末や天井に設置される固定無線機に搭載されるアンテナとしては適さないという問題がある。発明の開示

本発明の目的は、小型無線機に搭載するのに適し、水平方向にチルトした水平偏波又は垂直偏波の主ビームを形成するアンテナ装置を提供することである。上記目的は、一辺が半波長の先端開放ひし形アンテナにおいて、対向する一組の頂点に遅延素子をそれぞれ設け、かつ、素子の配置面に対して平行に所定の間隔を隔てた位置に反射板を設けることにより達成される。図面の簡単な説明

図 1は、従来のセクタアンテナの構成を示す図、

図 2は、従来のひし形ァンテナの構成を示す図、

図 3は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の構成を示す図、図 4 Aは、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の電流分布を示す概念図、

図 4 Bは、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の電流分布を示す概念図、

図 5は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の動作を点波源モデルで示す模式図、

図 6 Aは、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 6 Bは、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 7は、本発明の実施の形態 2に係るアンテナ装置の構成を示す図、図 8 Aは、本発明の実施の形態 2に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 8 Bは、本発明の実施の形態 2に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 9は、本発明の実施の形態 3に係るアンテナ装置の構成を示す図、図 1 O Aは、本発明の実施の形態 3に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 1 O Bは、本発明の実施の形態 3に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 1 1は、本発明の実施の形態 4に係るアンテナ装置の構成を示す図、図 1 2 Aは、本発明の実施の形態 4に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 1 2 Bは、本発明の実施の形態 4に係るアンテナ装置の指向性を示す図、図 1 3は、本発明の実施の形態 5に係るアンテナ装置の構成を示す図、及び、図 1 4は、本発明の実施の形態 5に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。発明を実施するための最良の形態 .

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

(実施の形態 1 )

図 3は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の構成を示す図である。以下、アンテナの動作周波数を 5 GH zとして説明する。

線状素子 101 a〜101 dは、素子長 L 1が半波長（ 30 mm) の長さを有し、素子幅が例えば lmmの導体である。これらの線状素子 101 a〜l 0 I dは図 3に示すようにひし形形状に配置される。

遅延素子 102 a及び遅延素子 102 bは、全長が 1 Z 4波長（15 mm) であり、長さ L 2が 1/8波長（7. 5 mm) で折り返された素子幅 1 mmの導体である。線状素子 101 a及び線状素子 101 cは遅延素子 102 aを介して接続され、線状素子 101 b及び線状素子 101 dは遅延素子 102 bを介して接続される。

給電部 103は、線状素子 101 a及び線状素子 101 bの一端に接続され、線状素子に給電を行う。なお、線状素子 101 c及ぴ線状素子 101 dの先端は長さ L 3の間隔で開放されている。

このような線状素子 101 a〜101 d、遅延素子 102 a及び 102 b、給電部 103により、図 3に示す遅延素子付ひし形アンテナが構成される。反射板 104は、遅延素子付ひし形アンテナが配置された面から距離 hが 0. 42波長（25 mm) だけ一 Z側に離れた位置に配置される。反射板 104は —辺の長さが 1波長（60mm) 程度以上である方形導体板である。遅延素子付ひし形アンテナと反射板 104とを固定して距離 hを安定させる方法として、例えば、樹脂製のスぺーサで機械的に支持する方法があり、この方法によればァンテナ性能に及ぼす影響が少な、。

次に、上述した構成を有するアンテナ装置の動作について、図を用いて説明する。図 4A及び図 4Bは、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の電流分布を示す概念図である。

図 4 Aにおいて、線状素子 1 0 1 a、 1 0 1 b上に分布するアンテナ電流はそれぞれ矢印 105 a、 1 05 bのようになり、この矢印の向きは線状素子 1 O l a, 10 1 b上のアンテナ電流の位相が同相であることを示している。線状素子 1 0 1 c、 1 0 1 d上に分布するアンテナ電流は、遅延素子 1 0 2 a、 1 0 2 bによって電流の位相が 1 0 5 a及び 1 0 5 bより 1ノ 4波長遅れるので、 1 05 a及び 1 05 bが最大となるとき 0となり、図 4 Aではこの場合を表している。ここで、線状素子 1 O l aと線状素子 1 0 1 bの二つの素子を一組と見なした場合、ァンテナ電流は矢印 1 05 a、 1 05 bをべクトル合成したものと見なすことができ、 Y方向偏波の 1波長ダイポールに近い動作になると考えられる。

また、図 4 Bにおいて、同様に、線状素子 1 0 1 c、 10 1 d上に分布するアンテナ電流はそれぞれ矢印 1 06 a、 106 bのようになり、この矢印の向きはアンテナ電流の位相が同相であることを示している。線状素子 1 0 1 cと線状素子 101 dの二つを一組と見なした場合、アンテナ電流は矢印 1 06 a、 1 06 bをべクトル合成したものと見なすことができ、 Y方向偏波の 1波長ダィポールとして考えられる。

ここで、仮に、遅延素子 1 0 2 a及び 1 02 bが存在せず、線状素子 1 0 1 a及び 1 0 1 cと線状素子 1 0 1 b及ぴ 1 0 1 dがそれぞれ接続されているとすると、主ビームは Z方向に向き主偏波方向は Y方向となる。これが、図 2 に示す従来のひし形ァンテナの動作である。

次に、遅延素子 1 02 a及び 1 02 bが接続された図 3に示すアンテナ装置の動作について垂直 XZ面に着目して説明する。

垂直 XZ面のみに着目したモデルとして、図 5に示す点波源モデルがある。図 5は、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の動作を点波源モデルを用いて示した模式図である。線状素子 1 0 1 a及ぴ 1 0 1 bの組を点波源 30 1 で、線状素子 101 c及び 101 dの組を点波源 302でモデル化する。ここで、遅延素子 102 aと 102 bの素子長は 1ノ4波長であるので、点波源 3 01の励振位相は点波源 302のそれに対して 90度だけ位相が進むことになる。

また、反射板 104による効果をモデルィ匕するため、点波源 301及び 30 2から 2 h (0. 84波長： 50 mm) 離れた位置に点波源 303及び 304 を考える。写像の原理から、点波源 303及び 304の励振位相は点波源 30 1及び 302のそれに対してそれぞれ 180度反転するものと考えられる。また、各点波源の X方向の位置を各線状素子の中央に想定しているので、各点波源の X方向の間隔 L 4は 0. 71波長（42. 4 mm) となる。

このように配置された 4つの点波源 301〜 304によりァレーの放射は、 Z方向からチルト角度 a (45度）だけ傾斜（チルト）した方向に主ビームが得られるものとなる。特に、反射板 104を設けたことにより、本実施の形態のように実効的なチルト角を実現することができる。

図 6 A及び図 6 Bは、本発明の実施の形態 1に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。この図 6Aにおいて、指向性 401は、垂直（XZ) 面の水平偏波（Εφ) 成分の指向性を示しており、この図から 0が 45度方向にチルトした主ビームを確^ ·できる。

また、図 6 Bにおいて、指向性 402は、 0が 45度における円錐（コニ力ル）面の水平偏波 (E φ) 成分の指向性を示しており、この図から X方向に主ビームが向けられており水平面の半値幅（利得が最大利得に対して一 3 [ d B] 以内の角度）が 60度であることが確認できる。この時、主ビームの指向性利得は 9. 9 [dB] が得られる。

このように本実施の形態のアンテナ装置によれば、半波長の長さを有する線状素子をひし形形状に配置し、対向する一組の頂点に遅延素子を設け、小型な平面構造とすることにより、小型無線機に搭載するのに適したアンテナ装置を実現することができると共に、チルト角 45度の水平偏波の主ビームを形成することができる。

なお、本実施の形態においては、線状素子から反射板までの距離 hを 0 . 4 2波長として説明したが、距離 hを変化させることによりチルト角 αを変化させることができる。距離 hを小さくするとチルト角ひは小さくなり、距離 hを大きくするとチルト角 αは大きくなる傾向にある。ただし、距離 hを大きくしていくと、 _ X方向に不要な指向性の極大点（マイナーロープ）が生じてしまう。このため、用途に応じた距離 hを 1 / 4波長から 1 2波長の範囲で適切に選ぶことにより、アンテナ利得の向上を図ることができる。本実施の形態では h = 0 . 4 2波長としており、これはチルト角と指向性を最適にする値である。

また、本実施の形態においては、遅延素子の長さを 1 Z 4波長として説明した力遅延素子の長さを変化させることによりチルト角 aを変化させることができる。遅延素子の長さを短くするとチルト角 aは小さくなり、遅延素子の長さを長くするとチルト角 αは大きくなる傾向にある。ただし、遅延素子の長さを長くしていくと、一X方向にマイナーロープが生じてしまう。このため、用途に応じた遅延素子の長さを 0 . 2波長から 0 . 3 5波長の範囲で適切に選ぶことにより、アンテナ利得の向上を図ることができる。本実施の形態では遅延素子の長さを 1 Z 4波長としており、これはチルト角と指向性を最適にする値である。

また、本実施の形態においては、遅延素子として導体の遅延線路を用いたが、例えばインダクタのような集中定数部品を用いても同様な効果が得られる。また、本実施の形態においては、線状素子をひし形形状に配置して説明した力正方形状に配置した場合を含むことは言うまでもない。

また、本実施の形態では、 4本の線状素子を用いて説明したが、本発明は、 2本の線状素子を折り曲げて線状遅延素子を形成して遅延素子付きひし形ァンテナを構成することも可能である。この場合、 4本の線状素子を用いる場合に比べ、部品点数を削減することができるうえ、製造も容易に行うことができる。

(実施の形態 2)

図 7は、本発明の実施の形態 2に係るアンテナ装置の構成を示す図である。ただし、図 7が図 3と共通する部分には図 3と同一の符号を付し、その詳しい説明を省略する。図 7が図 3と異なる点は、導波素子 501を追加した点である。以下、アンテナの動作周波数を 5 GHzとして説明する。

図 7において、導波素子 501は、長さ L 5が 0. 46波長（27. 6 mm) で素子幅が 1 mmの導体である。導波素子 501は線状素子 101 c及び 10 I dの先端から間隔 L 6 (lmm) だけ X方向に離れた位置に配置される。図 8 A及び図 8 Bは、本発明の実施の形態 2に係るァンテナ装置の指向性を示す図である。図 8Aにおいて、指向性 601は、垂直（XZ) 面の水平偏波 (E ) 成分の指向性を示しており、この図から Θが 45度方向にチルトした主ビームが確認できる。また、図 8 Bにおいて、指向性 602は、 0が45度における円錐（コニカル）面の水平偏波（Εφ) 成分の指向性を示している。この時、主ビームの指向性利得は 1 1. 2 [d B] が得られる。このように、導波素子 501を設けることにより、 X方向への放射を集中させることができるため、遅延素子付きひし形ァンテナの X方向の利得を向上させることができる。すなわち、実施の形態 1で説明したアンテナ装置に対して 2 mmというわずかな寸法の増加により 1. 3 [dB] 高い利得が得られることになる。

このように本実施の形態のァンテナ装置によれば、実施の形態 1で説明したアンテナ装置に導波素子を設けることにより、導波素子方向の利得を向上させることができる。

なお、本実施の形態において説明した導波素子 501と線状素子 101 c及び 101 dとの間隔 L 6と導波素子 501の長さ L 5は一例であり、これらのパラメータを変化させると指向性と利得が変化することになり、用途に応じたパラメータを適切に選ぶことができる。

また、導波素子の数は 1に限らず.、 2以上として X方向へ列状に配列することにより、さらに高い利得が得られる。

(実施の形態 3 )

この実施の形態では、実施の形態 1で示したアンテナ装置の線状素子をス口ット（空隙）素子に置き換えた場合について説明する。

図 9は、本発明の実施の形態 3に係るアンテナ装置の構成を示す図である。ただし、図 9が図 3と共通する部分には図 3と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。以下、アンテナの動作周波数を 5 GHzとして説明する。図 9において、基板 701は、誘電率 ε rが例えば 2. 6で、厚さが 1. 6 mmの誘電体である。ここで、基板 701上における実効的な波長（え J は、自由空間の波長（λ。）に対して 84%となっている。すなわち、； L_e = 0. 8

4 λ。の関係がある。このため、以下において、実効的な波長（A_e) を用いて説明する。基板 16の一辺の長さ L 11は 1. 107 λ_ε (56 mm)である。銅箔層 702は、基板 701の Z側面に接着された銅箔を示している。スロット素子 703 a〜 703 dは、銅箔層 702を削剥して形成されたスロット素子である。スロット遅延素子 704 a及び 704 bも銅箔層 702を削剥して形成される。スロット素子 703 a〜703 dの長さ L7は、 1 / 2 λ _e (2

5 mm) に設定される。また、スロット遅延素子 704 a及び 704 bの素子長は ΐ/4 _ε (12. 6 mm) であり、折り返し長さ L 8は ΐ/8 λ₆ (6. 3mm) に設定される。

スロット素子 703 c及び 703 dの先端の間隙は L 10 = 2 mmであり、この間隙には銅箔層 702が削剥されずに残っている。スロット素子 703 a と 703 bとはスロット（空隙）が接続されている。

以上のように形成されたスロット素子 703 a〜 703 dとスロット遅延素子 704 a及び 704 bとは遅延素子付スロットひし形アンテナを構成しており、長さ L 9は 0. 702 _e (35. 4 mm) となる。

基板 701の一 Z側面において、スロット素子 703 aと 703 bとの接続点近傍にマイクロストリップライン 705が X方向に沿って銅箔層によって形成される。マイクロストリップライン 705の幅 Wは 4. 3 mmであり、その特¾!インピーダンスは 50 Ωに設定される。マイクロストリップライン 70 5の先端とスロット素子 703 aと 703 bとの接続点との距離 L 1 2は例えば 4. 5 mmに設定される。 .

以上のように構成することにより、マイクロストリップライン 705と遅延素子付スロットひし形アンテナは電磁的に結合され、マイクロストリップライン 705は給電線路として動作する。これにより、インピーダンス整合がとれた状態で給電が可能となり、誘電体基板は平面回路であるマイクロストリップラインからの給電が容易となる。これにより、さらに、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

図 9に示す本実施の形態の遅延素子付ス口ットひし形アンテナは、図 3に示す遅延素子付ひし形アンテナの線状素子をスロット素子に置き換えたものとなり、その動作は電界と磁界を置き換えて説明することができる。したがって、図 3に示す遅延素子付ひし形アンテナの主偏波成分は水平（Εφ) 成分であるのに対して、図 9に示す遅延素子付スロットひし形アンテナの主偏波成分は垂直（E 0) 成分となる。

図 10 A及び図 10 Bは、本発明の実施の形態 3に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図 1 OAにおいて、指向性 801は、垂直（XZ) 面の垂直偏波（E 0) 成分の指向性を示しており、この図から 0が 35度方向にチルトした主ビームが確認できる。

また、図 10 Bにおいて、指向性 802は、 0が 35度における円錐（コニカル）面の垂直偏波 (E Θ) 成分の指向性を示しており、これから X方向に主ビームが向けられていることが分かる。また、水平面の半値幅が 60度であることが確認できる。この時、主ビームの指向性利得は 10. 6 [dB] が得られる。

このように本実施の形態のアンテナ装置によれば、半波長の長さを有するス口ット素子をひし形形状に配置し、対向する一組の頂点に遅延ス口ット素子を設け、小型な平面構造とすることにより、小型無線機に搭載するのに適したァンテナ装置を実現することができると共に、チルト角を 35度にすることができ、さらに、主偏波成分を垂直（E 0) 偏波成分とすることができる。

なお、本実施の形態においては、スロット素子が誘電体基板上の銅箔層によつて形成されている力例えば、導体板にスロット（空隙）を設けても同様な効果が得られる。

(実施の形態 4)

図 11は、本発明の実施形態 4に係るアンテナ装置の構成を示す図である。ただし、図 11が図 9と共通する部分は図 9と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。図 11が図 9と異なる点は、導波スロット素子 901を追加した点である。以下、アンテナの動作周波数を 5 GHzとして説明する。

図 11において、導波スロット素子 901は長さ L13が 0. 4; _e (20. 4 mm) で素子幅が lmmのスロット素子である。導波スロット素子 901はスロット素子 703 c及び 703 dの先端から間隔 L 14 (2 mm) だけ X方向に離れた位置に Y軸と平行に配置される。なお、 i_e=0. 84 λ。とする。このように、導波スロット素子 901を形成することにより、遅延素子付ス口ットひし形アンテナからの X方向への放射を集中させることができるため、 X方向の利得と一X方向の利得との比（FZB比）を向上させることができる。図 12Α及び図 12Βは、本発明の実施の形態 4に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。図 12 Αにおいて、指向性 1001は、垂直（XZ) 面の垂直偏波（E 0) 成分の指向性を示しており、この図から 0が 45度方向にチルトした主ビームが確認できる。また、図 12 Bにおいて、指向性 1002は、 0が 45度における円錐（コニカル）面の垂直偏波（E0) 成分の指向性を示している。

図 12から分かるように、導波スロット素子 901を形成することにより、チルト角を 40度まで大きくすることができ、また、 FZB比は 12 [d B] が得られる。このように本実施の形態のアンテナ装置によれば、実施の形態 3で説明したアンテナ装置に導波スロット素子を形成したことにより、チルト角を大きくすることができると共に、さらに高い F/B比を得ることができる。

なお、本実施の形態において説明した導波スロット素子 901とスロット素子 703 c及び 703 dとの間隔 L 14と導波スロット素子 901の長さ L 13は一例であり、これらのパラメータを変化させると指向性と利得が変化することになり、用途に応じたパラメータを適切に選ぶことが望ましい。

また、導波スロット素子の数は 1に限らず、 2以上として X方向へ列状に配列することにより、さらに高い FZB比が得られる。

(実施の形態 5)

図 13は、本発明の実施の形態 5に係るアンテナ装置の構成を示す図である。この図が示すアンテナ装置は、図 9に示す遅延素子付スロットひし形アンテナを直線状に 6個配置したものである。

図 13において、遅延素子付スロットひし形アンテナ 1 i 01 a〜1101 f は、それぞれ図 9に示すアンテナ装置と同一の構成である。また、各アンテナ 1101 a〜1101 f は、それぞれの主ビーム方向（図中点線矢印）が水平（XY) 面において 360度を 6分割して、 60度ずつ異なるように回転させて配置される。

図 13に示す 6セクタアンテナの外形寸法は、アンテナの動作周波数が 5 G Hzの場合、 L 15が 36. 6 mm ( 0. 61波長）、 L 16が 218. 4m m (3. 64波長）であり、面積は 7993平方 mmとなる。この面積は、図 1に示す従来の 6セクタアンテナの面積が 30790平方 mmであるのに対して、ほぼ 1Z4の大きさであり大幅に小型化されている。

また、アンテナの動作周波数が 25 GHzの場合、図 13に示す 6セクタァンテナの外形は、 7, 3mm 43. 7 mmの長方形となり、例えばノート P Cなどの小型無線機に搭載する際に適した形状及び大きさとなる。

図 14は、本発明の実施の形態 5に係るアンテナ装置の指向性を示す図である。この図では、遅延素子付スロットひし形アンテナ 1 101 a~1 101 f の主ビームの円錐（コニカル）面における垂直偏波 (E Θ) 成分の指向性 12 01 a〜1201 f を示している。

図 14から分かるように、水平（XY) 面において 60度ずつ異なる方向に指向性が形成されており、隣り合うセクタの中間点（例えば 30度方向）では利得が最も低くなるが、この方向でも最大利得より一 3 [dB] の利得が得られている。このため、全放射方向にわたって高い利得が得られることになる。 ' 上記のように構成された遅延素子付スロットひし形アンテナ 1 101 a〜 1 101 f を選択的に給電することで、水平（XY) 面の 360度を 6分割したセクタの切り替えを行うことができる。これにより、 6セクタアンテナを実現することができる。

このように本実施の形態によれば、 6個の遅延素子付きスロットひし形ァンテナを長方形の面上に 60度ずつ回転させて配置し、アンテナを選択的に給電することで、各放射方向に高い利得が得られ、小型の 6セクタアンテナを実現することができる。

なお、本実施の形態では、 6セクタアンテナを実現する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、複数セクタアンテナを実現する場合にも適用することができる。

また、本実施の形態では、実施の形態 3で示したアンテナ装置を用いて説明したが、他の実施の形態で示したアンテナ装置を用いてもよい。

本発明のアンテナ装置は、動作周波数の半波長の長さを有し、平面上にひし形形状に配置される 4本の線状素子と、ひし形形状の一つの頂点に設けられ、第 1線状素子の一端及び第 2線状素子の一端に給電する給電手段と、第 1線状素子の他端と第 3線状素子の一端とに接続され、ァンテナ電流の位相を所定の位相分遅延させる第 1遅延手段と、第 2線状素子の他端と第 4線状素子の一端とに接続され、アンテナ電流の位相を前記第 1遅延手段と同一の位相分遅延させる第 2遅延手段と、前記線状素子が配置された平面と平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、を具備し、先端が開放された構成を採る。

この構成によれば、第 1及び第 2遅延手段によりアンテナ電流の位相を所定の位相分遅延させるので、第 1及び第 2線状素子のァンテナ電流の位相と第 2 及び第 4線状素子のァンテナ電流の位相がずれ、これにより放射される電波と、反射板によって反射される電波の合成により、水平方向にチルトした水平偏波の主ビームを形成するアンテナ装置を実現することができる。

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記第 1及ぴ第 2遅延手段が、所定の範囲内の長さを有し、折り返し形状の線状素子である構成を採る。

この構成によれば、折り返し形状の線状素子を所定の範囲内で長さを変えることで、アンテナ電流の位相の遅延量が変わり、チルト角を変えることができるので、所望のチルト角を得ることができる。

本発明のァンテナ装置は、上記構成において、前記第 1及び第 2遅延手段が、集中定数部品である構成を採る。

この構成によれば、集中定数部品の定数を変えることで、アンテナ電流の位相の遅延量が変わり、チルト角を変えることができるので、所望のチルト角を得ることができる。

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、半波長以下の長さを有し、前記線状素子の開放端から所定の間隔を隔てて配置された少なくとも一つの導波素子を具備する構成を採る。

この構成によれば、ひし形形状のアンテナ装置から放射される電波を導波素子方向に集中させることができるので、導波素子方向の利得を向上させることができる。

本発明のアンテナ装置は、同一の長さを有する 2本の線状素子と、前記 2本の線状素子を当該素子の中央で所定の範囲内の長さで折り返して形成された折り返し部と、前記 2本の線状素子の一端に接続され、給電を行う給電手段と、前記 2本の線状素子を含む平面と平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、を具備し、前記 2本の線状素子を用いて一辺が動作周波数の半波長のひし形形状となるように折り曲げて配置され、前記 2本の線状素子の他端が開放された構成を採る。

この構成によれば、 2本の線状素子を折り曲げて配置することにより、遅延素子付きひし形形状とすることができるため、少ない部品点数で構成することができ、容易に製造することができる。

本発明のアンテナ装置は、所定の誘電率の誘電体基板と、前記誘電体基板面に形成された導体層と、前記導体層に形成され、一辺が動作周波数の半波長の長さを有するひし形形状のスロット素子と、ひし形形状の対向する一組の頂点にそれぞれ設けられ、アンテナ電流の位相を遅延させる第 1及び第 2遅延手段と、ひし形形状の対向する他の一組の頂点のうち一方に設けられ、前記スロット素子に給電する給電手段と、ひし形形状の対向する他の一組の頂点のうち他方に形成され、スロット素子を終端させる終端部と、前記導体層から基板を挟んで所定の間隔を隔てた位置に、前記導体層と平行に設けられた反射板と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、遅延手段でアンテナ電流の位相を遅延させることができるので、給電手段から遅延手段までのスロット素子と遅延手段から終端部までのスロット素子のアンテナ電流の位相がずれ、これにより放射される電波と、反射板によって反射される電波の合成により、水平方向にチノレトした垂直偏波の主'ビームを形成するアンテナ装置を実現することができる。

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記第 1及び第 2遅延手段が、所定の範囲内の長さを有し、前記導体層に形成された折り返し形状のスロット素子である構成を採る。

この構成によれば、折り返し形状のスロット素子を所定の範囲内で長さを変えることで、アンテナ電流の位相の遅延量が変わり、チルト角を変えることができるので、所望のチルト角を得ることができる。

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、前記給電手段は、前記導体層が形成された基板の裏面に設けられたマイクロストリップラインを用いて給電する構成を採る。

この構成によれば、マイクロストリップラインによりインピーダンス整合がとれた状態で給電することができ、給電容易に行うことができると共に、ァンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明のアンテナ装置は、上記構成において、半波長以下の長さを有し、前記スロット素子の終端部から所定の間隔を隔てて形成された少なくとも一つの導波スロット素子を具備する構成を採る。

この構成によれば、ひし形形状のァンテナ装置から放射される電波を導波スロット素子方向に集中させることができるので、導波スロット素子方向の利得を向上させることができる。

本発明のセクタアンテナ装置は、上記いずれかのアンテナ装置を複数用いて、前記複数のアンテナ装置を平面上にそれぞれ等角度ずつ回転させて配列する構成を採る。

この構成によれば、所望の方向に主ビームを形成するセクタアンテナを実現することができる。

本発明のセクタアンテナ装置は、上記構成において、 6個のアンテナ装置を所定の長方形の面上に 1列に配列し、かつ、前記 6個のアンテナ装置をそれぞれ 6 0度ずつ回転させて配列する構成を採る。

この構成によれば、 6個のアンテナ装置をそれぞれ 6 0度ずつ回転させて配列することにより、等間隔に 6方向に主ビームを形成する 6セクタアンテナを実現することができ、ひし形形状のアンテナ装置 6個を長方形の面上に配列するので、小型無線機に搭載するのに適したセクタアンテナ実現することができる。

以上説明したように、本発明によれば、一辺が半波長の先端開放ひし形アンテナにおいて、対向する一組の頂点に遅延素子をそれぞれ設け、かつ、素子の配置面に対して平行に所定の間隔を隔てた位置に反射板を設けることにより、水平方向にチルトした水平偏波又は垂直偏波の主ビームを形成することができる。また、遅延素子を設けたひし形アンテナを長方形の面上に等角度ずつ回転させて配列することにより、小型無線機に搭載する際に適したセクタアンテナを実現することができる。

本明細書は、 2003年 1月 30日出願の特願 2003— 022369に基づくものである。この内容をここに含めておく。産業上の利用可能性

本発明は、無線 L A Nシステムの固定無線機及び無線端末に用、るに好適である。

Claims

請求の範囲

1 . 動作周波数の半波長の長さを有し、平面上にひし形形状に配置される 4本の線状素子と、

ひし形形状の一つの頂点に設けられ、第 1線状素子の一端及ぴ第 2線状素子の一端に給電する給電手段と、

第 1線状素子の他端と第 3線状素子の一端とに接続され、ァンテナ電流の位相を所定の位相分遅延させる第 1遅延手段と、

第 2線状素子の他端と第 4線状素子の一端とに接続され、ァンテナ電流の位相を前記第 1遅延手段と同一の位相分遅延させる第 2遅延手段と、

前記線状素子が配置された平面と平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、

を具備し、

先端が開放されたァンテナ装置。

2. 前記第 1及ぴ第 2遅延手段は、所定の範囲内の長さを有し、折り返し形状の線状素子である請求の範囲 1に記載のアンテナ装置。

3 . 前記第 1及び第 2遅延手段は、集中定数部品である請求の範囲 1に記載のアンテナ装置。

4. 半波長以下の長さを有し、前記線状素子の開放端から所定の間隔を隔てて配置された少なくとも一つの導波素子を具備する請求の範囲 1に記載のアンテナ装置。

5 . 同一の長さを有する 2本の線状素子と、

前記 2本の線状素子を当該素子の中央で所定の範囲内の長さで折り返して形成された折り返し部と、

前記 2本の線状素子の一端に接続され、給電を行う給電手段と、

前記 2本の線状素子を含む平面と平行に所定の間隔を隔てて配置された反射板と、

を具備し、前記 2本の線状素子を用いて一辺が動作周波数の半波長のひし形形状となるように折り曲げて配置され、前記 2本の線状素子の他端が開放されたアンテナ装置。

6 . 所定の誘電率の誘電体基板と、

前記誘電体基板面に形成された導体層と、

前記導体層に形成され、一辺が動作周波数の半波長の長さを有するひし形形状のスロット素子と、

ひし形形状の対向する一の頂点にそれぞれ設けられ、ァンテナ電流の位相を遅延させる第 1及び第 2遅延手段と、

ひし形形状の対向する他の一組の頂点のうち一方に設けられ、前記スロット素子に給電する給電手段と、

ひし形形状の対向する他の一組の頂点のうち他方に形成され、スロット素子を終端させる終端部と、

前記導体層から基板を挟んで所定の間隔を隔てた位置に、前記導体層と平行に設けられた反射板と、

を具備するアンテナ装置。

7 . 前記第 1及び第 2遅延手段は、所定の範囲内の長さを有し、前記導体層に形成された折り返し形状のスロット素子である請求の範囲 6に記載のアンテナ装置。

8 . 前記給電手段は、前記導体層が形成された基板の裏面に設けられたマイクロストリップラインを用いて給電する請求の範囲 6に記載のアンテナ装置。

9 . 半波長以下の長さを有し、前記スロット素子の終端部から所定の間隔を隔てて形成された少なくとも一つの導波スロット素子を具備する請求の範囲 6 に記載のアンテナ装置。

1 0. 請求の範囲 1に記載のアンテナ装置を複数用いて、前記複数のアンテナ装置を平面上にそれぞれ等角度ずつ回転させて配列するセクタアンテナ装置。

1 1 . 6個のアンテナ装置を所定の長方形の面上に 1列に配列し、かつ、前記個のアンテナ装置をそれぞれ 6 0度ずつ回転させて配列する請求の範囲：に記載のセクタアンテナ装置。