(57)【要約】【課題】良好な特性を実現するとともに小型化および低価格化を図ることが可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１０１は、誘電体３と、誘電体３上に配置される第１のダイポールアンテナ１と、誘電体３上に配置され、第１のダイポールアンテナ１と略直交するように配置される第２のダイポールアンテナ２と、給電端子５と、誘電体３上に配置され、第１のダイポールアンテナ１から給電端子５へ出力される信号と第２のダイポールアンテナ２から給電端子５へ出力される信号との間、および／または給電端子５から第１のダイポールアンテナ１へ出力される信号と給電端子５から第２のダイポールアンテナ２へ出力される信号との間に略９０度の位相差を生じさせる位相調整部４とを備える。【選択図】図１
2008098993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体と、
前記誘電体上に配置される第１のダイポールアンテナと、
前記誘電体上に配置され、前記第１のダイポールアンテナと略直交するように配置される第２のダイポールアンテナと、
給電端子と、
前記誘電体上に配置され、前記第１のダイポールアンテナから前記給電端子へ出力される信号と前記第２のダイポールアンテナから前記給電端子へ出力される信号との間、および／または前記給電端子から前記第１のダイポールアンテナへ出力される信号と前記給電端子から前記第２のダイポールアンテナへ出力される信号との間に略９０度の位相差を生じさせる位相調整部とを備えるアンテナ装置。
【請求項２】
前記位相調整部は、前記第１のダイポールアンテナおよび前記第２のダイポールアンテナの交差部に配置される請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記位相調整部は、
第１端が前記第１のダイポールアンテナに結合され、第２端が前記第２のダイポールアンテナに結合される第１の導体線路と、
第１端が前記給電端子に結合され、第２端が所定電位に結合される第２の導体線路と、
接地面とを含み、
前記第１の導体線路および前記第２の導体線路は、所定間隔以内で所定長以上並んだ状態で前記接地面に固着される請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１のダイポールアンテナおよび前記第２のダイポールアンテナの各々は、
第１の軸に対して互いに対称である第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を備え、
前記第１のアンテナ素子および前記第２のアンテナ素子の各々は、
互いに離れるように前記第１の軸から遠ざかる第１の辺および第２の辺と、
第１端が前記第１の軸に対して遠い方の前記第１の辺の端部に接続され、前記第１の軸と垂直な方向に前記第１の軸から遠ざかる第３の辺と、
第１端が前記第１の軸に対して遠い方の前記第２の辺の端部に接続され、前記第１の軸と垂直な方向に前記第１の軸から遠ざかる第４の辺と、
前記第１の軸に対して近い方の前記第１の辺の端部と、前記第１の軸に対して近い方の前記第２の辺の端部とを結ぶ第５の辺と、
前記第３の辺の第２端と、前記第４の辺の第２端とを結ぶ第６の辺とを有し、
前記第１のダイポールアンテナおよび前記第２のダイポールアンテナの各々は、さらに、
前記第１の辺および前記第３の辺に沿うように配置され、端部が前記第３の辺の第２端に接続される第３の導体線路と、
前記第２の辺および前記第４の辺に沿うように配置され、端部が前記第４の辺の第２端に接続される第４の導体線路とを含む請求項１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、アンテナ装置に関し、特に、複数個のダイポールアンテナを備えるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上波デジタル放送では、ガードインターバルを設けて通信を行なうため、マルチパスによる干渉に強く、また、一定の条件を満たしていれば反射波を受信することが可能である。したがって、地上波デジタル放送に対応したＵＨＦ（Ultra High Frequency）テレビジョン放送等の水平偏波を受信する無指向性アンテナの開発が進められている。
【０００３】
ここで、従来、代表的な無指向性アンテナとして、ターンスタイルアンテナが知られている（たとえば、非特許文献１参照）。ターンスタイルアンテナは、直交する２組の半波長ダイポールアンテナを９０度の位相差をつけて励振することにより、無指向性を得るものである。ターンスタイルアンテナでは、送信または受信する電波（無線信号）の１／４波長を有するフェーズ線路を用いて９０度の位相差を実現している。なお、ＵＨＦテレビジョン放送の電波を受信するダイポールアンテナの一例が、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１５７２０９号公報
【非特許文献１】電子情報通信学会，「アンテナ工学ハンドブック」，オーム社，１９８０年１０月，ｐ．４１２−４１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ターンスタイルアンテナでは固定長のフェーズ線路を用いていることから、良好な送受信特性を得ることができる周波数帯域が狭い。また、たとえばＵＨＦテレビジョン放送の周波数帯における６２０ＭＨｚの電波を受信するためには、約１０ｃｍのフェーズ線路が必要となるため、アンテナが大型化してしまう。
【０００５】
ここで、２つの信号間で９０度の位相差を生じさせる位相器として、カップララインが知られている。しかしながら、カップララインは加工が困難であり、高価である。
【０００６】
それゆえに、本発明の目的は、良好な特性を実現するとともに小型化および低価格化を図ることが可能なアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある局面に係わるアンテナ装置は、誘電体と、誘電体上に配置される第１のダイポールアンテナと、誘電体上に配置され、第１のダイポールアンテナと略直交するように配置される第２のダイポールアンテナと、給電端子と、誘電体上に配置され、第１のダイポールアンテナから給電端子へ出力される信号と第２のダイポールアンテナから給電端子へ出力される信号との間、および／または給電端子から第１のダイポールアンテナへ出力される信号と給電端子から第２のダイポールアンテナへ出力される信号との間に略９０度の位相差を生じさせる位相調整部とを備える。
【０００８】
好ましくは、位相調整部は、第１のダイポールアンテナおよび第２のダイポールアンテナの交差部に配置される。
【０００９】
好ましくは、位相調整部は、第１端が第１のダイポールアンテナに結合され、第２端が第２のダイポールアンテナに結合される第１の導体線路と、第１端が給電端子に結合され、第２端が所定電位に結合される第２の導体線路と、接地面とを含み、第１の導体線路および第２の導体線路は、所定間隔以内で所定長以上並んだ状態で接地面に固着される。
【００１０】
好ましくは、第１のダイポールアンテナおよび第２のダイポールアンテナの各々は、第１の軸に対して互いに対称である第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を備え、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子の各々は、互いに離れるように第１の軸から遠ざかる第１の辺および第２の辺と、第１端が第１の軸に対して遠い方の第１の辺の端部に接続され、第１の軸と垂直な方向に第１の軸から遠ざかる第３の辺と、第１端が第１の軸に対して遠い方の第２の辺の端部に接続され、第１の軸と垂直な方向に第１の軸から遠ざかる第４の辺と、第１の軸に対して近い方の第１の辺の端部と、第１の軸に対して近い方の第２の辺の端部とを結ぶ第５の辺と、第３の辺の第２端と、第４の辺の第２端とを結ぶ第６の辺とを有し、第１のダイポールアンテナおよび第２のダイポールアンテナの各々は、さらに、第１の辺および第３の辺に沿うように配置され、端部が第３の辺の第２端に接続される第３の導体線路と、第２の辺および第４の辺に沿うように配置され、端部が第４の辺の第２端に接続される第４の導体線路とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、良好な特性を実現するとともに小型化および低価格化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１３】
［構成および基本動作］
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【００１４】
図１を参照して、アンテナ装置１０１は、ダイポールアンテナ１および２と、誘電体基板３と、位相調整部４と、給電端子５とを備える。ダイポールアンテナ１は、アンテナ素子１１および１２を含む。ダイポールアンテナ２は、アンテナ素子１３および１４を含む。なお、アンテナ装置１０１は、誘電体基板１の代わりに誘電体フィルムを備える構成であってもよい。
【００１５】
アンテナ装置１０１は、たとえば、ＵＨＦテレビジョン放送の電波のうち水平偏波を送信または受信し、かつ無指向性を有するクロスダイポール式アンテナである。
【００１６】
ダイポールアンテナ１は、誘電体基板３上に配置される。ダイポールアンテナ２は、誘電体基板３上に配置され、ダイポールアンテナ１と略直交するように配置される。
【００１７】
位相調整部４は、誘電体基板３上の、ダイポールアンテナ１および２が交差する部分に配置される。位相調整部４は、ダイポールアンテナ１および２の受信信号間に略９０度の位相差を生じさせる。また、位相調整部４は、ダイポールアンテナ１および２の送信信号間に略９０度の位相差を生じさせる。より詳細には、位相調整部４は、ダイポールアンテナ１から給電端子５へ出力される信号とダイポールアンテナ２から給電端子５へ出力される信号との間に略９０度の位相差を生じさせる。また、位相調整部４は、給電端子５からダイポールアンテナ１へ出力される信号と給電端子５からダイポールアンテナ２へ出力される信号との間に略９０度の位相差を生じさせる。なお、位相調整部４は、ダイポールアンテナ１および２の受信信号間、あるいは送信信号間のいずれかに略９０度の位相差を生じさせる構成であればよい。
【００１８】
図２は、位相調整部４の構成を示す図である。図３は、位相調整部４の回路構成を示す図である。
【００１９】
図２および図３を参照して、位相調整部４は、導体線路（第１の導体線路）３１と、導体線路（第２の導体線路）３２と、整合器３３および３４と、基板３５と、位相器４０と、抵抗Ｒとを含む。ここで、給電端子５は、たとえば位相調整部４の基板３５上に配置される。
【００２０】
導体線路３１は、第１端が整合器３３を介してダイポールアンテナ１に結合され、第２端が整合器３４を介してダイポールアンテナ２に結合される。より詳細には、整合器３３の第１端子がアンテナ素子１１に接続され、第２端子がアンテナ素子１２に接続され、第３端子が導体線路３１の第１端に接続され、第４端子が接地電位に接続される。整合器３４の第１端子がアンテナ素子１３に接続され、第２端子がアンテナ素子１４に接続され、第３端子が導体線路３１の第２端に接続され、第４端子が接地電位に接続される。
【００２１】
基板３５は、たとえば厚さ１．６ｍｍのエポキシ基板である。
抵抗Ｒは終端抵抗であり、位相器４０等の特性インピーダンスに対応した、たとえば７５Ωまたは５０Ωの抵抗値を有する。
【００２２】
導体線路３２は、第１端が給電端子５に結合され、第２端が抵抗Ｒを介して接地電位に結合される。
【００２３】
位相器４０において、導体線路３１および３２は、所定間隔以内で所定長以上並んだ状態で基板３５の接地面に固着される。より詳細には、たとえば基板３５は、矩形状に配置される挿通孔Ｈ１〜Ｈ１０を有する。挿通孔Ｈ１，Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７，Ｈ９が２ｍｍの間隔で一列に配置され、これらと平行に挿通孔Ｈ２，Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８，Ｈ１０が２ｍｍの間隔で一列に配置される。挿通孔Ｈ１，Ｈ３，Ｈ５，Ｈ７，Ｈ９で構成される列と挿通孔Ｈ２，Ｈ４，Ｈ６，Ｈ８，Ｈ１０で構成される列との間隔は６ｍｍである。導体線路３１および３２は、たとえば直径０．２３ｍｍのポリウレタン線である。そして、導体線路３１および３２は、互いに密着した状態で挿通孔Ｈ１〜Ｈ１０を通って基板３５の接地面に巻き付けられる。
【００２４】
基板３５の角部３６〜３９は位相調整部４の接地面の一部である。角部３６〜３９はダイポールアンテナ１および２の後述する導体線路２３Ａ〜２３Ｄに結合されている。
【００２５】
整合器３３および３４は、ダイポールアンテナ側の回路と位相器側の回路とのインピーダンス整合および平衡不平衡変換を行なう。
【００２６】
位相調整部４において、基板３５の誘電率、基板３５の厚み、ならびに導体線路３１および３２の長さおよび太さ等を調整することにより、位相調整部４の入出力信号に対して９０度の位相差を安定して与えることができる。
【００２７】
位相器４０は、公知のカップララインの原理を用いて構成されている。すなわち、ダイポールアンテナ１から位相器４０を通過して給電端子５へ出力される信号に対して、ダイポールアンテナ２から位相器４０を通過して給電端子５へ出力される信号は９０度の位相差が生じる。また、給電端子５から位相器４０を通過してダイポールアンテナ１へ出力される信号に対して、給電端子５から位相器４０を通過してダイポールアンテナ２へ出力される信号は９０度の位相差が生じる。
【００２８】
位相器４０は、導体線路３１および３２が基板３５の接地面に巻き付けられる構成をとることにより、従来のカップララインを用いたハイブリッド型位相器と比べて小型化を図ることができる。また、位相器４０は、従来のカップララインを用いたハイブリッド型位相器と比べて安価に作成することが可能である。
【００２９】
図４は、位相調整部４の変形例の構成を示す図である。
図４を参照して、位相器４０は、切り欠き部Ｈ１１およびＨ１２を有する。導体線路３１および３２は、たとえば互いに密着した状態で切り欠き部Ｈ１１の凸部および切り欠き部Ｈ１２の凸部を交互に通って基板３５の接地面に巻き付けられる。このような構成であっても、位相器４０は、従来のカップララインを用いたハイブリッド型位相器と比べて小型化を図ることができ、かつ安価に作成することが可能である。
【００３０】
図５は、ダイポールアンテナ１の構成を示す図である。なお、ダイポールアンテナ２の構成はダイポールアンテナ１と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００３１】
図５を参照して、ダイポールアンテナ１は、アンテナ素子１１および１２と、導体線路（第３の導体線路）２３Ａおよび２３Ｃと、導体線路（第４の導体線路）２３Ｂおよび２３Ｄとを含む。以下、導体線路２３Ａ〜２３Ｄを総称して導体線路２３と呼ぶ場合がある。なお、アンテナ素子１２ならびに導体線路２３Ｃおよび２３Ｄの構成は、アンテナ素子１１ならびに導体線路２３Ａおよび２３Ｂと同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。
【００３２】
Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交する軸である。アンテナ素子１１および１２は、Ｙ軸に対して互いに対称である。アンテナ素子１１および１２の各々は、Ｘ軸に対して互いに対称な形状を有する。アンテナ素子１１は、辺（第１の辺〜第６の辺）２１Ａ〜２１Ｆと２１Ｇとを有する。
【００３３】
アンテナ素子１１の給電点２４は、Ｘ軸上に配置され、位相調整部４における整合器と接続される。
【００３４】
辺２１Ｅは、Ｙ軸に対して平行である。そして、辺２１Ａは、第１端が辺２１Ｅの第１端に接続される。また、辺２１Ｂは、第１端が辺２１Ｅの第２端に接続される。辺２１Ａおよび辺２１Ｂは、互いに離れるようにＹ軸から遠ざかる。
【００３５】
辺２１Ｃは、第１端が辺２１Ａの第２端に接続され、Ｘ軸と平行な方向にＹ軸から遠ざかる。辺２１Ｄは、第１端が辺２１Ｂの第２端に接続され、Ｘ軸と平行な方向にＹ軸から遠ざかる。辺２１Ｆは、辺２１Ｃの第２端および辺２１Ｄの第２端を結ぶ。
【００３６】
導体線路２３Ａおよび２３Ｂは、インピーダンス整合を行なうためのものである。導体線路２３Ａおよび２３Ｂは、Ｘ軸の両側にそれぞれ配置される。
【００３７】
導体線路２３Ａは、辺２１Ａおよび辺２１Ｃに沿うように配置され、第１端が辺２１Ｃの第２端に接続される。導体線路２３Ｂは、辺２１Ｂおよび辺２１Ｄに沿うように配置され、第１端が辺２１Ｄの第２端に接続される。
【００３８】
導体線路２３Ａおよび２３Ｂは、Ｘ軸に対して互いに対称である。導体線路２３Ａおよび２３Ｂは、各々の第２端が他のダイポールアンテナにおける導体線路２３の第２端に接続される。
【００３９】
以上のような構成により、ダイポールアンテナ１は、広い周波数範囲で良好な利得を実現し、かつ８の字ループ状の指向性パターンを実現することができる。
【００４０】
導体線路２３Ａおよび２３Ｂがアンテナ素子１１と所定の距離を隔てて配置された結果、アンテナ素子１１と導体線路２３Ａおよび２３Ｂとの間にはそれぞれスリット２２Ａおよび２２Ｂが形成される。
【００４１】
図６は、本発明の実施の形態に係る位相器４０の損失特性を示すグラフ図である。図６において、グラフＧ１は、給電端子５から位相器４０を通過して整合器３３へ出力される信号の伝送損失を示す。グラフＧ２は、給電端子５から位相器４０を通過して整合器３４へ出力される信号の伝送損失を示す。
【００４２】
図６を参照して、位相器４０は、ＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにおいてほぼ均一な損失特性を実現している。
【００４３】
図７は、本発明の実施の形態に係る位相器４０の位相特性を示すグラフ図である。図７のグラフＧ３は、整合器３３から位相器４０を通過して給電端子５へ出力される信号に対する、整合器３４から位相器４０を通過して給電端子５へ出力される信号の位相を示す。
【００４４】
図７を参照して、アンテナ装置１０１は、ＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにおいてほぼ９０度の均一な位相差を実現している。
【００４５】
図８（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ４７０ＭＨｚ、５３０ＭＨｚ、５９０ＭＨｚ、６５０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚおよび７７０ＭＨｚの水平偏波に対する、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の指向性パターンを示す図である。
【００４６】
図８（ａ）〜（ｆ）を参照して、アンテナ装置１０１は、ＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにおいて、水平偏波に対して良好な無指向性パターンを実現している。
【００４７】
図９は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の利得特性およびＶＳＷＲ特性を示すグラフ図である。図９において、グラフＧ４は利得を示し、グラフＧ５はＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を示す。
【００４８】
図９を参照して、グラフＧ４より、アンテナ装置１０１は、ＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにおいてほぼ均一な利得を実現していることが分かる。
【００４９】
また、グラフＧ５より、アンテナ装置１０１は、ＵＨＦ帯である４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにおいてほぼ均一なＶＳＷＲを実現していることが分かる。
【００５０】
図６〜図９より、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置は、ＵＨＦ帯の全域において良好な送受信特性を実現していることが分かる。なお、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置は、ＵＨＦ帯に限らず、他の周波数帯においても良好な送受信特性を実現することが可能である。
【００５１】
ところで、ターンスタイルアンテナでは固定長のフェーズ線路を用いていることから、良好な送受信特性を得ることができる周波数帯域が狭い。そして、送受信する電波の周波数によってはフェーズ線路が長くなり、アンテナが大型化してしまう。また、位相器としてカップララインを用いる場合、カップララインは加工が困難であり、高価である。しかしながら、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置では、誘電体基板３上にダイポールアンテナ１および２が略直交するように配置され、ダイポールアンテナ１および２の送信信号および受信信号の少なくともいずれか一方に９０度の位相差を生じさせる位相調整部４が誘電体基板３上に配置される。このような構成により、良好な送受信特性を有する無指向性アンテナを実現することができ、かつ小型軽量化および低価格化を図ることができる。
【００５２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】位相調整部４の構成を示す図である。
【図３】位相調整部４の回路構成を示す図である。
【図４】位相調整部４の変形例の構成を示す図である。
【図５】ダイポールアンテナ１の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る位相器４０の損失特性を示すグラフ図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る位相器４０の位相特性を示すグラフ図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ４７０ＭＨｚ、５３０ＭＨｚ、５９０ＭＨｚ、６５０ＭＨｚ、７１０ＭＨｚおよび７７０ＭＨｚの水平偏波に対する、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の指向性パターンを示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の利得特性およびＶＳＷＲ特性を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００５４】
１，２  ダイポールアンテナ、３  誘電体基板、４  位相調整部、５  給電端子、１１，１２  アンテナ素子、２１Ａ〜２１Ｆ  辺（第１の辺〜第６の辺）、２１Ｇ  辺、２３  導体線路、２３Ａ，２３Ｃ  導体線路（第３の導体線路）、２３Ｂ，２３Ｄ  導体線路（第４の導体線路）、３１，３２  導体線路、３３，３４  整合器、３５  基板、４０  位相器、１０１  アンテナ装置、Ｒ  抵抗、Ｈ１１，Ｈ１２  切り欠き部。
【図１】
2008098993.tif 000003
【図２】
2008098993.tif 000004
【図３】
2008098993.tif 000005
【図４】
2008098993.tif 000006
【図５】
2008098993.tif 000007
【図６】
2008098993.tif 000008
【図７】
2008098993.tif 000009
【図８】
2008098993.tif 000010
【図９】
2008098993.tif 000011