(57)【要約】【課題】簡易な構成で電磁波の放射方向を９０度以上の広範囲かつ連続的に変更できるアンテナ装置を提供する。【解決手段】本発明に係るアンテナ装置１は、電磁波を遅波モードで伝播する柱状の誘電体ロッドアンテナ１１と、誘電体ロッドアンテナ１１の周囲を螺旋状に巻回する誘電体製あるいは導電体製の螺旋部材１２とを含み、螺旋部材１２の下端は給電部１３に、上端は中空部を誘電体ロッドアンテナ１１が貫通する中空部材１５に固定されており、中空部材１５の固定位置を移動させて螺旋部材１２の伸縮量を調節することにより、電磁波の放射方向を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を遅波モードで伝播する柱状の誘電体ロッドアンテナと、
前記誘電体ロッドアンテナの周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材とを含むアンテナ装置。
【請求項２】
前記螺旋部材が、誘電体製である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記螺旋部材が、導電体製である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記螺旋部材の一端を前記誘電体ロッドアンテナに固定する固定部と、
中空部を前記誘電体ロッドアンテナが貫通し前記螺旋部材の他端が固定される中空部材とを含む請求項１から請求項３のいずれか１項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、アンテナ装置に係り、特に、簡易な構造であっても電磁波の放射方向を広範囲かつ連続的に変更することの可能なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放送局の番組制作で使用されるワイヤレスカメラシステムのカメラと受信装置間の映像信号の授受、無線ＬＡＮによるデータの授受等大容量の無線伝送を行う場合、広い帯域を有するミリ波帯が適用される。
【０００３】
送信アンテナと受信アンテナの相対的位置が大きく変化する使用環境に適用されるミリ波帯無線伝送システムに搭載されるアンテナは、使用環境に応じて電磁波の放射方向を広範囲に変更できるものであることが望ましい。
【０００４】
また、アンテナをミリ波帯無線伝送装置自体に取り付けるためには、スペースが限られている場合が一般的であるので、アンテナは小型かつ簡易な構成であることも必要である。
【０００５】
小型かつ簡易な構成のミリ波帯用のアンテナとしては、表面波アンテナまたは漏れ波アンテナ等がある。代表的な表面波アンテナとしては、誘電体棒で構成される誘電体ロッドアンテナを挙げることができ、代表的な漏れ波アンテナとしては、周期構造を有する誘電体線路で構成される誘電体漏れ波アンテナを挙げることができる。
【０００６】
誘電体ロッドアンテナは、誘電体ロッドアンテナの端部から誘電体ロッドアンテナの電波の伝播方向に電波を放射し、漏れ波アンテナは誘電体線路の電波の伝播方向と異なる方向に電波を放射する。
【０００７】
電波の放射方向を変更できる誘電体ロッドアンテナ装置および漏れ波アンテナ装置も既に提案されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献１に示されている従来の誘電体ロッドアンテナ装置は、図４に示すように、誘電体ロッドアンテナ４１に沿って反射部材４２を設置することにより、電波の放射方向を誘電体ロッドアンテナ４１の軸に対して約１５度傾けることが可能となる。
【０００９】
また、特許文献２に示されている従来の漏れ波アンテナ装置は、図５に示すように、地板導体５１と誘電体基板５２とがスペーサ５３を介して平行に配置された伝播路を備える。
【００１０】
誘電体基板５２の上面には複数の金属ストリップ５４が所定間隔ごとに設置されている。さらに、誘電体基板５２の上方には所定間隔を隔てて電波の伝播方向と直角に金属板５５が配置されており、金属板５５は電波の伝播方向と垂直な面内において所定角度内で回転可能となっている。
【００１１】
電波は金属板５５から金属ストリップ５４の方向に向かって伝播し、金属ストリップ５４から漏洩して空中に放射される。そして、金属板５５の傾きを変更することにより、電波の放射方向を制御することが可能となる。
【特許文献１】特開平０６−２４４６２８号公報（［０００７］、図１）
【特許文献２】特開２００３−３３８７０６号公報（［００３１］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
多量の情報を安定に伝送するためには受信電力と雑音電力の比（ＣＮ比）を大きくすることが必要となるが、ＣＮ比を大きくするためには送信アンテナから受信アンテナの方向に放射される送信電力をできる限り大きくする、つまり、アンテナを高利得とすることが必要となる。
【００１３】
しかし、アンテナを高利得とするほどアンテナの指向性は鋭くなるので、ワイヤレスカメラで移動しながら撮影する場合には、送信アンテナが受信アンテナの方向に放射する送信電力が大きくなるように、送信アンテナの電波放射方向を連続的に変更できることが望ましい。
【００１４】
さらに、ワイヤレスカメラを屋内で使用するときには見通しを確保するためには受信アンテナをワイヤレスカメラの上方に設置し、屋外で使用するときには受信アンテナをワイヤレスカメラに対して水平に設置する場合が多いことを考慮すると、送信アンテナは電波放射方向を９０度以上変更できることが望ましい。
【００１５】
しかしながら、特許文献１に開示された誘電体ロッドアンテナには使用環境に応じて電波の放射方向を変更できないという課題があった。
【００１６】
また、特許文献２に開示された誘電体漏れ波アンテナには使用環境に応じて電波放射方向を変更できるものの、変更範囲が限られているという課題があった。
【００１７】
表面波アンテナと漏れ波アンテナの両方を使用して電波放射範囲を拡大することも可能であるが、それぞれのアンテナに電波を供給する給電回路を切り替え可能な構成とする必要があり、構造が複雑化することは回避できない。
【００１８】
本発明は、上記の従来の課題を解決するためになされたものであって、簡易な構成で電磁波の放射方向を９０度以上の広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るアンテナ装置は、電磁波を遅波モードで伝播する柱状の誘電体ロッドアンテナと、前記誘電体ロッドアンテナの周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材とを含む構成を有している。
【００２０】
この構成により、簡易な構成で電波の放射方向を広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できることとなる。
【００２１】
本発明に係るアンテナ装置は、前記螺旋部材が、誘電体製であってもよい。
【００２２】
本発明に係るアンテナ装置は、前記螺旋部材が、導電体製であってもよい。
【００２３】
本発明に係るアンテナ装置は、前記螺旋部材の一端を前記誘電体ロッドアンテナに固定する固定部と、中空部を前記誘電体ロッドアンテナが貫通し前記螺旋部材の他端が固定される中空部材とを含む。
【００２４】
この構成により、螺旋部材の伸縮量を適宜に調節して、電波の放射方向を広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できることとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、誘電体ロッドアンテナの周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材の伸縮量を変更することにより、簡易な構成で電波の放射方向を広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できるという効果を有するアンテナ装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
図１は、本発明に係る実施形態のアンテナ装置１の斜視図であって、電磁波を遅波モードで伝播する柱状の誘電体ロッドアンテナ１１と、誘電体ロッドアンテナ１１の周囲を螺旋状に巻回する螺旋部材１２とを含む。
【００２８】
なお、螺旋部材１２は、誘電体製であっても、導電体製であってもよい。
【００２９】
誘電体ロッドアンテナ１１の根元に設置される給電部１３は、図２（ａ）の拡大斜視図に示すように、矩形断面形状の導波管１４が周壁に取り付けられる第１の導波管１３１と、テーパ部１３２と、誘電体ロッドアンテナ１１が差し込まれる第２の導波管１３３とから構成される。
【００３０】
螺旋部材１２の一端、例えば下端１２Ｄは給電部１３に固定され、他端、例えば上端１２Ｕは中空部分を誘電体ロッドアンテナ１１が貫通する中空部材１５に固定されている。
【００３１】
なお、中空部材１５は、誘電体製であっても、導電体製であってもよい。
【００３２】
中空部材１５には少なくとも１個のネジ穴が穿たれ、このネジ穴には尖端を有するボルト１６が嵌合している。この結果、ボルト１６の尖端を誘電体ロッドアンテナ１１に圧接させて中空部材１５をロッドアンテナに固定することにより、螺旋部材１２を任意の長さに調節できることとなる。
【００３３】
以下に、実施形態のアンテナ装置の動作を説明するが、誘電体ロッドアンテナ１１および給電部１３の断面形状は円形であるものとする。
【００３４】
導波管１４をＴＥ10モードで伝播する電波は、まず第１の導波管１３１に供給されＴＭ01モードに変換される。なお、ＴＥ10モードはＹ軸方向に電界成分を持たず磁界分布のみを有するモードであり、ＴＭ01モードは磁力線が第１の導波管１３１の断面内で同心円状に分布し、磁界の振幅および位相は第１の導波管１３１の中心軸（Ｚ軸方向）に対して軸対称分布するモードである。
【００３５】
矩形導波管１４から第１の円形導波管１３１に給電されてＴＭ01モードに変換された電波は、第１の導波管１３１をＺ軸方向に伝播し、テーパ部１３２を介して第２の導波管１３３に伝播する。なお、テーパ部１３２は、第１の導波管１３１の直径を誘電体ロッドアンテナ１１の直径まで拡張するために設置される。
【００３６】
第２の導波管１３３を伝播する電波は、誘電体ロッドアンテナ１１に給電される。ここで、誘電体ロッドアンテナ１１の第２の導波管１３３への差し込み端部は、電波の反射を抑制するためにテーパ状に形成することが望ましい。
【００３７】
なお、第２の導波管１３３は、図２（ｂ）に示すように、誘電体ロッドアンテナ１１の軸方向（Ｚ軸方向）に開口するロート部１３４を有していてもよい。ロート部１３４を設けることにより、第２の導波管１３３をＴＭ01モードで伝播する電波を効率よく誘電体ロッドアンテナ１１に伝達することが可能となる。
【００３８】
図３は、本発明に係るアンテナ装置１の斜視図であって、螺旋部材１２を圧縮して螺旋部材を密着させた状態（ａ）と、中空部材１５を誘電体ロッドアンテナ１１の上端に固定し螺旋部材１２を最大長に伸長させた状態（ｂ）を示す。
【００３９】
螺旋部材１２を密着させた状態（図３（ａ））では、螺旋部材１２は周期構造体として機能しないので、電波は摂動を受けることはなく、誘電体ロッドアンテナ１１をＴＭ01モードのままで伝播し、誘電体ロッドアンテナ１１の上端からＺ方向にヌルを有するコニカルビームとして放射される。コニカルビームの放射方向（Ｑ）は、Ｚ軸を中心として２０度程度となる。
【００４０】
図１に示すように中空部材１５を誘電体ロッドアンテナ１１のほぼ中間で固定し、螺旋部材１２を中間長に伸長させた場合は、螺旋部材１２は第１の周期の周期構造体として機能し、誘電体ロッドアンテナ１１を遅波モードで伝播する電波に対して摂動を与える。その結果、誘電体ロッドアンテナ１１を遅波モードで伝播する電波は、速波モードに変換され、コニカルビームの放射方向（Ｑ）と異なる第１の方向（Ｑ’）にＺ軸に関し無指向に放射される。
【００４１】
螺旋部材１２を最大長に伸長させた状態（図３（ｂ））では、螺旋部材１２は第２の周期の周期構造体として機能し、誘電体ロッドアンテナ１１を伝播する電波に対して摂動を与える。この結果、電波は速波モードに変換され、コニカルビームの放射方向（Ｑ）および第１の方向（Ｑ’）と異なる第２の方向（Ｑ”）にＺ軸に関し無指向に放射される。
【００４２】
以上説明したように、本発明に係る実施形態のアンテナ装置１にあっては、柱状の誘電体ロッドアンテナ１１に巻回する螺旋部材１２の伸縮状態を変更することにより、電波の放射方向を変更することが可能となる。
【００４３】
なお、螺旋部材１２を誘電体ロッドアンテナ１１に対して着脱可能として、誘電体ロッドアンテナ１１に螺旋部材１２を装着したときと、誘電体ロッドアンテナ１１から螺旋部材１２を取り外したときとで、電波の放射方向を変更してもよい。
【００４４】
以上説明した実施形態においては、導波管１４を伝播してきた電波は第１の導波管１３１でＴＭ01モードに変換されるものとしたが、ＴＥ01モードあるいはＴＥ11モードに変換されるものとしてもよい。ただし、ＴＥ11モードに変換された場合には、電波の放射方向は誘電体ロッドアンテナ１１の軸方向（Ｚ軸方向）に対して無指向性とはならない。
【００４５】
また、誘電体ロッドアンテナ１１への給電モードがＴＭ01モードであれば誘電体ロッドアンテナ１１から誘電体ロッドアンテナ１１の軸方向（Ｚ軸方向）に垂直な平面方向に放射される電波は垂直偏波となり、誘電体ロッドアンテナ１１への給電モードがＴＥ01モードまたはＴＥ11モードであれば水平偏波となる。
【００４６】
また、上記実施形態において電磁波はミリ波帯の電波であるとしたが、ミリ波帯以外の電磁波に対しても本発明を適用することができる。特に、ミリ波帯の電波にあっては、従来はアンテナの指向性を制御するためには移相器が必要となりアンテナ構造が複雑となるだけでなく給電損失も増大していたが、本発明に係るアンテナ装置を適用すれば簡易な構造かつ小型であるだけでなく低損失なアンテナを使用して指向性を制御できることとなる。
【００４７】
また、上記では本発明に係るアンテナ装置が送信アンテナである場合について説明したが、本発明に係るアンテナ装置を受信アンテナとしても適用することができることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明に係るアンテナ装置は、簡易な構成で電磁波の放射方向を９０度以上の広範囲に変更できる、あるいは、電磁波の放射方向を連続的に変更できるという効果を有し、アンテナ装置等として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の斜視図
【図２】本発明に係るアンテナ装置の給電部の斜視図
【図３】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の斜視図
【図４】従来の誘電体ロッドアンテナ装置の斜視図
【図５】従来の漏れ波アンテナ装置の斜視図
【符号の説明】
【００５０】
１１  誘電体ロッドアンテナ
１２  螺旋部材
１３  給電部
１４  導波管
１５  中空部材
１６  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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