(57)【要約】【課題】ＡＭＣ反射板を備えたアンテナ装置において、周波数特性を広帯域化する。【解決手段】アンテナ装置は、放射器として、ダイポールアンテナ２を備え、反射器として、多数のパッチ素子４と地板６とで構成されたＡＭＣ反射板１０を備える。そして、ＡＭＣ反射板１０を構成するパッチ素子４は、素子の大きさ（一辺の長さｗ）及び隣接するパッチ素子との間隔ｇの少なくとも一方が異なる値に設定された複数種類のパッチ素子にて構成する。この結果、各パッチ素子４の共振周波数を、所望の周波数帯域内で複数の周波数に分散させて、アンテナ装置の周波数特性を広帯域化することができる。【選択図】図２
2015070541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射器と、反射器と、を備え、
前記反射器は、地板と、地板の板面に平行な面上に間隔を空けて配置された多数のパッチ素子と、からなるＡＭＣ反射板にて構成され、
前記多数のパッチ素子は、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なる値に設定された複数種類のパッチ素子からなることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記多数のパッチ素子は、前記地板の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置されており、縦又は横の一列毎に、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記多数のパッチ素子は、前記地板の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置されており、中央にあるパッチ素子と周囲のパッチ素子とで、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工磁気導体を利用した反射板を備えるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人工磁気導体（ＡＭＣ：Artificial Magnetic Conductor）を利用したＡＭＣ反射板を備えたアンテナ装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
この種のアンテナ装置において、ＡＭＣ反射板１０は、図１に示すように、地板６と、地板６に対し所定の間隔ｈを空けて平行に配置される多数のパッチ素子４とで構成され、パッチ素子４の地板６とは反対側にダイポールアンテナ２が設けられる。
【０００３】
そして、非特許文献１には、パッチ素子４を正方形にして、その配置数を、ダイポールアンテナ２の長手方向に直交する方向に５個、ダイポールアンテナ２の長手方向に８個の５×８素子にすると、最も高い指向性利得を実現できることが記載されている。
【０００４】
また、ＡＭＣ反射板１０をこのように構成する場合、パッチ素子４の一辺の長さｗ及びパッチ素子４同士の間隔ｇは、次のように設定すればよいことが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
すなわち、真空中の透磁率及び誘電率をμo及びεo、パッチ素子４と地板６との間の誘電率をεr とすると、パッチ素子４毎のインダクタンスＬとキャパシタンスＣは、下記のように記述できる。
【０００６】
Ｌ＝μo・ｈ
Ｃ＝［εo・（εr＋１）・（ｗ＋ｇ）／π］
・ｌｎ［ｃｏｓｅｃ｛π・ｇ／２・（ｗ＋ｇ）｝］
このため、パッチ素子４の一辺の長さｗ及びパッチ素子４同士の間隔ｇは、送受信の対象となる信号の中心周波数ｆo に基づき、上記インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣが、次式を満足するように設計すればよい。
【０００７】
ｆo ＝１／２π√（Ｌ・Ｃ）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】電子情報通信学会  信学技報 IEICE Technical Report A-P2012-107(2012-11)「ＡＭＣ反射板付ダイポールアンテナのためのＡＭＣ反射板の最適構成」
【非特許文献２】電子情報通信学会 2011 論文誌 B Vol. J94-B No.9 pp.1133-1145 「ＥＢＧ基板上に配置された葉状ボウタイアンテナ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、ＡＭＣ反射板１０を上記従来の手順で設計した場合、周波数選択板（ＦＳＳ：Frequency Selective Surface）であるパッチ素子４が、全て特定周波数ｆo に適合されることになる。
【００１０】
このため、ＡＭＣ反射板１０を備えた従来のアンテナ装置においては、送受信可能な信号の周波数帯域が狭くなり、例えば、テレビの地上波放送のように広帯域の放送信号（この場合、周波数帯域は４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚとなる）を一つのアンテナ装置で送受信することはできなかった。
【００１１】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ＡＭＣ反射板を備えたアンテナ装置において、送受信可能な周波数帯域を広帯域化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載のアンテナ装置は、
放射器と、反射器と、を備え、
前記反射器は、
地板と、地板の板面に平行な面上に間隔を空けて配置された多数のパッチ素子と、からなるＡＭＣ反射板にて構成され、
しかも、前記多数のパッチ素子は、
素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なる値に設定された複数種類のパッチ素子からなることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載のアンテナ装置は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記多数のパッチ素子は、前記地板の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置されており、縦又は横の一列毎に、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なることを特徴とする。
請求項１に記載のアンテナ装置。
【００１４】
請求項３に記載のアンテナ装置は、請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記多数のパッチ素子は、前記地板の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置されており、中央にあるパッチ素子と周囲のパッチ素子とで、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載のアンテナ装置によれば、ＡＭＣ反射板を構成する多数のパッチ素子が、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なる値に設定された複数種類のパッチ素子にて構成されている。
【００１６】
このため、本発明のアンテナ装置によれば、ＡＭＣ反射板を構成するパッチ素子は、その種類に応じて共振周波数が異なることになり、ＡＭＣ反射板にて反射可能な電波の周波数帯域を拡大することができる。
【００１７】
よって、本発明のアンテナ装置によれば、アンテナ装置にて送受信可能な信号の周波数帯域を広帯域化することができ、ＡＭＣ反射板を用いて、テレビの地上波放送のように広帯域の放送信号を送受信するのに好適なアンテナ装置を実現することができる。
【００１８】
ここで、ＡＭＣ反射板を構成する多数のパッチ素子は、請求項２に記載のように、地板の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置し、縦又は横の一列毎に、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なるように構成してもよい。
【００１９】
また、ＡＭＣ反射板を構成する多数のパッチ素子は、請求項３に記載のように、地板の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置し、中央にあるパッチ素子と周囲のパッチ素子とで、素子の大きさ及び隣接するパッチ素子との間隔の少なくとも一方が異なるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の前提となるアンテナ装置の構成を表し、（ａ）はアンテナ装置を電波の放射方向からみた平面図、（ｂ）は（ａ）の下方からみた素子の配置状態を表す説明図である。
【図２】実施形態のアンテナ装置Ａのパッチ素子の配置状態を表す平面図である。
【図３】実施形態のアンテナ装置Ｂのパッチ素子の配置状態を表す平面図である。
【図４】図１に示したアンテナ装置と実施形態のアンテナ装置Ａ、Ｂの周波数特性の測定結果を表す説明図である。
【図５】実施形態のアンテナ装置Ｃのパッチ素子の配置状態を表す平面図である。
【図６】実施形態のアンテナ装置Ｄのパッチ素子の配置状態を表す平面図である。
【図７】図１に示したアンテナ装置と実施形態のアンテナ装置Ｃ、Ｄの周波数特性の測定結果を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
本実施形態のアンテナ装置は、図１に示した本発明の前提となる従来のアンテナ装置と基本構成は同じであり、上述した広帯域のテレビ放送電波（周波数帯域：４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚ）を送受信できるようにするため、パッチ素子４を共振周波数が異なる複数種類のパッチ素子にて構成した点が異なる。
【００２２】
すなわち、図２に示したアンテナ装置Ａにおいては、ＡＭＣ反射板１０を構成するパッチ素子４が、地板６の板面に平行な面上で、互いに直交する縦・横方向に整列して配置されている。
【００２３】
そして、横方向に配置された各列のパッチ素子４の大きさ（詳しくは一辺の長さ）ｗ及び間隔ｇが、それぞれ、縦方向に隣接するパッチ素子４とは異なる値に設定されている。
つまり、アンテナ装置Ａにおいて、パッチ素子４は、図１に示したアンテナ装置と同様、縦方向に５段、横方向に８列の、５×８素子にて構成されている。
【００２４】
そして、最上段及び最下段の列のパッチ素子４は、背景技術の項にて説明した特許文献２に記載の設計手法に則って、周波数ｆo ＝７１０ＭＨｚとして、一辺の長さｗ３及び間隔ｇ３が設定されている。
【００２５】
また、上から２段目の列のパッチ素子４と下から２段目の列のパッチ素子４は、上記設計手法に則って、周波数ｆo ＝６５０ＭＨｚとして、一辺の長さｗ２及び間隔ｇ２が設定されている。
【００２６】
また、真ん中の段の列のパッチ素子４は、上記設計手法に則って、周波数ｆo ＝５７０ＭＨｚとして、一辺の長さｗ１及び間隔ｇ１が設定されている。
なお、上記設計手法に則ってパッチ素子４の一辺の長さｗ及び間隔ｇを設計するに当たって、パッチ素子４と地板６との間の誘電率εr は、「εr ＝１」としている。
【００２７】
そして、最上段及び最下段の列のパッチ素子４と、上から２段目及び下から２段目の列のパッチ素子４との間隔は、「（ｇ２＋ｇ３）／２」に設定され、上から２段目及び下から２段目の列のパッチ素子４と、真ん中の段の列のパッチ素子４との間隔は、「（ｇ１＋ｇ２）／２」に設定されている。
【００２８】
一方、図３に示したアンテナ装置Ｂは、アンテナ装置Ａと同様、パッチ素子４は、縦方向に５段、横方向に８列の５×８素子にて構成されている。
そして、５×８素子のうち、最も外側に配置されるパッチ素子４の一辺の長さは、周波数ｆo ＝７１０ＭＨｚに対応したｗ３に設定され、その内側に配置されるパッチ素子４の一辺の長さは、周波数ｆo ＝６５０ＭＨｚに対応したｗ２に設定され、その内側に配置される中央の４個のパッチ素子４の一辺の長さは、周波数ｆo ＝５７０ＭＨｚに対応したｗ１に設定されている。
【００２９】
また、一辺の長さがｗ３のパッチ素子４同士の間隔は、周波数ｆo ＝７１０ＭＨｚに対応したｇ３に設定され、一辺の長さがｗ２のパッチ素子４同士の間隔は、周波数ｆo ＝６５０ＭＨｚに対応したｇ２に設定され、一辺の長さがｗ１のパッチ素子４同士の間隔は、周波数ｆo ＝５７０ＭＨｚに対応したｇ１に設定されている。
【００３０】
また、一辺の長さがｗ３のパッチ素子４と一辺の長さがｗ２のパッチ素子４との間隔は、「（ｇ２＋ｇ３）／２」に設定され、一辺の長さがｗ２のパッチ素子４と一辺の長さがｗ１のパッチ素子４との間隔は、「（ｇ１＋ｇ２）／２」に設定されている。
【００３１】
このように構成されたアンテナ装置Ａ、Ｂにおいて、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚのテレビ放送信号に対するアンテナ利得を測定したところ、図４に示す測定結果が得られた。
そして、その測定結果から、アンテナ装置Ａ、Ｂによれば、パッチ素子４の一辺の長さｗ及びパッチ素子４同士の間隔ｇを１種類の固定した従来のアンテナ装置に比べ、高域側及び低域側の利得を高くし、アンテナ装置を広帯域化できることが分かった。
【００３２】
なお、図４に示す従来のアンテナ特性は、パッチ素子４の一辺の長さｗ及びパッチ素子４同士の間隔ｇを、周波数ｆo ＝６５０ＭＨｚとして設計し、ｗ＝８８ｍｍ、ｇ＝８．６ｍｍに設定したアンテナ装置によるものである。
［第２実施形態］
本実施形態のアンテナ装置は、図１〜図３に示したアンテナ装置と基本構成は同じであり、図２、図３に示した第１実施形態のアンテナ装置Ａ、Ｂとは、パッチ素子４の間隔ｇだけを変化させることにより、各パッチ素子４を、共振周波数が異なる複数種類のパッチ素子にて構成した点が異なる。
【００３３】
すなわち、本実施形態のアンテナ装置においては、上記第１実施形態と同様の設計手法に則って、パッチ素子４の一辺の長さｗを、周波数ｆo ＝６５０ＭＨｚとして設計することで、全てのパッチ素子４の一辺の長さｗを８８ｍｍとして固定した。
【００３４】
そして、このパッチ素子４の共振周波数が、それぞれ、５７０ＭＨｚ、６５０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚとなるよう、上記設計手法に則って、パッチ素子４同士の間隔を、ｇ１＝４．１ｍｍ、ｇ２＝８．６ｍｍ、ｇ３＝１３．７ｍｍとして算出した。
【００３５】
そして、図５に示したアンテナ装置Ｃにおいては、縦方向に５段、横方向に８列のパッチ素子４の内、最上段及び最下段の列のパッチ素子４の間隔をｇ３、上から２段目及び下から２段目の列のパッチ素子４の間隔をｇ２、真ん中の段の列のパッチ素子４の間隔をｇ１に設定した。
【００３６】
また、最上段及び最下段の列のパッチ素子４と、上から２段目及び下から２段目の列のパッチ素子４との間隔は「（ｇ２＋ｇ３）／２」に設定し、上から２段目及び下から２段目の列のパッチ素子４と、真ん中の段の列のパッチ素子４との間隔は、「（ｇ１＋ｇ２）／２」に設定した。
【００３７】
一方、図６に示したアンテナ装置Ｄにおいては、縦方向に５段、横方向に８列のパッチ素子４の内、最も外側に配置されるパッチ素子４とその内側に配置されるパッチ素子４との間隔をｇ３に設定し、その内側のパッチ素子４と更に内側に配置される中央の４個のパッチ素子４との間隔をｇ２に設定し、中央の４個のパッチ素子４同士の間隔をｇ１に設定した。
【００３８】
このように構成されたアンテナ装置Ｃ、Ｄにおいて、４７０ＭＨｚ〜７１０ＭＨｚのテレビ放送信号に対するアンテナ利得を測定したところ、図７に示す測定結果が得られた。
そして、その測定結果から、アンテナ装置Ｃ、Ｄによれば、パッチ素子４の大きさ（一辺の長さｗ）を全て同一にし、パッチ素子４同士の間隔ｇを変更することで、パッチ素子４の共振周波数を異なる周波数に設定することによっても、従来のアンテナ装置に比べ、高域側及び低域側の利得を高くし、アンテナ装置を広帯域化できることが分かった。
【００３９】
なお、図７に示す従来のアンテナ特性は、図４に示したものと同じである。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
【００４０】
例えば、上記各実施形態では、ＡＭＣ反射板１０を構成する多数のパッチ素子４は、大きさ（詳しくは一辺の長さｗ）と配置間隔ｇ、若しくは、配置間隔ｇのみが異なるように、複数グループに分けて構成するものとして説明したが、例えば、配置間隔ｇを同一にして、パッチ素子４の大きさが異なるようにしてもよい。
【００４１】
また、上記各実施形態では、ＡＭＣ反射板１０において、パッチ素子４は、縦方向に５段、横方向に８列の５×８素子にするものとして説明したが、これは特許文献１で提案されている素子数であり、パッチ素子４の素子数は、必ずしもこのように設定する必要はない。
【００４２】
また、上記各実施形態では、ＡＭＣ反射板１０を構成する多数のパッチ素子４のうち、外側に配置されるパッチ素子４の方が、内側に配置されるパッチ素子４に比べて、大きさ（上記実施形態では一辺の長さｗ）が小さく、隣接するパッチ素子４との間の間隔ｇが大きくなるように設定するものとして説明した。
【００４３】
しかし、パッチ素子４の大きさ及び間隔は、例えば、上記各実施形態とは逆に設定してもよく、或いは、異なる大きさ、間隔のパッチ素子４をランダムに分散して配置してもよい。
【００４４】
つまり、ＡＭＣ反射板１０において、各パッチ素子４の大きさや間隔を異なる値に設定すれば、各パッチ素子４の共振周波数を分散させて、アンテナ装置の広帯域化を図ることができるため、各パッチ素子４の大きさや間隔は、所望の広帯域特性を実現できるように、適宜設定すればよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、アンテナ装置の放射器は、ダイポールアンテナ２にて構成されるものとして説明したが、本発明は、放射器として、ダイポールアンテナ以外のものを備えたアンテナ装置であっても、上記実施形態と同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
２…ダイポールアンテナ、４…パッチ素子、６…地板、１０…反射板、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…アンテナ装置。
【図１】
2015070541.tif 000003
【図２】
2015070541.tif 000004
【図３】
2015070541.tif 000005
【図４】
2015070541.tif 000006
【図５】
2015070541.tif 000007
【図６】
2015070541.tif 000008
【図７】
2015070541.tif 000009