(57)【要約】【課題】配設体及び収束体には結露しにくく、良好な感度が得られるアンテナ装置を提供する。【解決手段】透明性を有する板状の配設体５と、電波を収束させる板状の収束体１と、配設体と該収束体１との間の空間部４と、収束体１により収束された電波を受信する通信部２とを備え、収束体１に設けられたスペーサ９により配設体５に収束体１が取り付けられており、空間部４内に存在する空気の湿度が露点湿度以下である。【選択図】図１
2004088423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明性を有する板状の配設体と、電波を収束させる板状の収束体と、該配設体と該収束体との間の空間部と、上記収束体により収束された電波を受信する受信部及び／又は上記収束体に向けて電波を放射する送信部とを備えるアンテナ装置であって、
上記収束体に設けられたスペーサにより上記配設体に上記収束体が取り付けられており、
上記空間部内に存在する空気は、上記配設体と、上記収束体と、上記スペーサとによって、上記アンテナ装置の外部の空気とは遮断されており、上記空間部内に存在する空気の湿度が露点湿度以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記スペーサは上記収束体の周縁部又は上記収束体の周縁部近傍に設けられている請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
上記空間部又は上記空間部に接する箇所に乾燥剤を配する請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に通信用や放送用に用いられるマイクロ波及びミリ波領域のアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通信用アンテナ、放送用アンテナとしてはパラボラ面の様な反射鏡により電波を焦点に収束させるいわゆるパラボラアンテナが知られている。その設置方法としてはビル等の建築物の屋外、たとえば屋上などに、アンテナの自重、風や積雪を考慮して充分な強度が得られるように充分な太さの支柱を設置し、そこに反射鏡を固定するなどの構成が採られている。このようなアンテナ装置は、雨水に曝されるため、アンテナや支柱が錆びないよう耐久性が必要とされるが、老朽化が早く、その保守の必要も有していた。更にパラボラアンテナは屋外に突出して設置されているため、ビル等の建物全体の外観を損なう問題があった。
【０００３】
そのため、パラボラアンテナ等を室内に設置したり、建築物の開口部に上記電波を収束させるレンズや回折格子を設置し、電波を収束させエネルギー密度を増大して受信することが考えられ、特開平１１−１５０４１６号公報（アンテナ：ドイッチェテレコムアーゲー）にはマイクロ波及びミリ波領域の電磁信号を回折する構造体が窓の代わりに、又は窓又はその一部と一体化して取り付けられるアンテナが提案されている。この公報には、視覚的に透明な回折構造体（例えば、フレネルゾーンプレート）を取り付けるか、窓と一体化することが提案されている。
【０００４】
特開平４−１３４９０９号公報には、窓ガラス上に透明度の高い透明導電性薄膜で形成された回折リングと、その回折リングのほぼ焦点位置に配設される受信用ピックアップアンテナ部とから構成される回折リング型アンテナが開示されている。また、同公報には、透明導電性薄膜に形成された回折リングを透明絶縁板上に設け、回折リングと透明絶縁板との一体構造体の一面に接着剤が塗布された接着層で窓ガラスに装着させる技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電波を収束させる回折リングを含むアンテナを窓に取り付ける場合、回折リングと窓ガラス板との間の空間部の湿度については記載されてなく、この湿度が高いと結露が生じ、この結露が原因となって、充分な受信性能が得られない問題があった。特にミリ波やマイクロ波帯域では波長が短くなるため、大きく影響する問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の課題を解決しようとするものであり、本発明は、透明性を有する板状の配設体と、電波を収束させる板状の収束体と、該配設体と該収束体との間の空間部と、上記収束体により収束された電波を受信する受信部及び／又は上記収束体に向けて電波を放射する送信部とを備えるアンテナ装置であって、
上記収束体に設けられたスペーサにより上記配設体に上記収束体が取り付けられており、
上記空間部内に存在する空気は、上記配設体と、上記収束体と、上記スペーサとによって、上記アンテナ装置の外部の空気とは遮断されており、上記空間部内に存在する空気の湿度が露点湿度以下であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
【０００７】
ここで、マイクロ波とは、約１ＧＨｚ〜３ＴＨｚの周波数の電波をいい、ミリ波とは、約３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数の電波をいう。ミリ波は、マイクロ波帯の一部を構成する。
【０００８】
なお、本発明のアンテナ装置において、電波の受信機能を主として説明するが、本発明は、電波の送受の可逆性を利用して、送信部から送信された電波を回折又は偏向させて平面波とし、所定の方向に電波を送信するアンテナ装置としてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明するが、本発明はここで説明される具体例に限定されるものではない。以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明の自動車用ガラスアンテナ装置の一実施例の模式図である。
【００１０】
図１において配設体５は、枠６で支持されて、電波３の到来する室外側と、その反対側である室内側とを区分して配される。例えば、フレネルゾーン部分が配設体５側に形成された収束体１は、配設体５に対して略平行に間隔ｇの空間部４を有して配される。
【００１１】
電波３は配設体５を通過して収束体１で収束され、収束体１により収束された電波を受信する受信部及び／又は収束体１に向けて電波を放射する送信部２（以下、単に通信部２という）へと収束する。すなわち、通信部２は、収束体１の焦点位置に配されている。
【００１２】
配設体５は、電波に対して所定の角度や位置を持って配設された視覚的に透明性を有する物又は構造物で、具体的には、建物又は自動車等の車両に取り付けられたガラス板、プラスチックフィルム又はプラスチック板等である。
【００１３】
配設体５の形状及び用途は特に限定されるものではなく、例えば、１）ソーダライムガラス板、フロストガラス板等からなる窓用ガラス板、２）自動車等の車両用窓ガラス板、３）アクリル樹脂等からなるプラスチック板、４）計器等のガラス板窓やプラスチック窓が例示できる。
【００１４】
電波を収束する収束体１は、特に限定されるものではなく、公知のいかなる構造のものでもよい。一例として、以下に平面回折リングによって電波を収束させる構成、特にフレネルゾーンプレートの構成を説明するが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
【００１５】
収束体１は好ましくは平面状に構成されるが、必ずしも平面である必要はなく、例えば、フレネルレンズとして立体形状をもつものであってもよく、ガラス板等の透明体の厚み方向に階段状に電波の回折要素を形成して電波の位相差を補正する電波収束体、ダイポール等をゾーン毎に調整して配置する位相補正型構成の電波の収束体であってもよい。
【００１６】
ガラス板の厚み方向に階段状に電波の回折要素を形成するには、ガラス板を複数回エッチングして形成してもよいし、砥石等を用いてガラス板を切削加工してもよい。
【００１７】
フレネルゾーンプレートは、単にゾーンプレート、又はフレネルの（輪）帯板ともいい（例えば小川力、若木守明著の「光工学入門」実教出版社参照）、基板にフレネルゾーン部分が形成されたものである。フレネルゾーン部分は、以下に示す作用を有する。
【００１８】
図２に示すように、波長λの電波（光）送信点をＡ、受信点をＢとし、途中のＣ点上を通る平面Ｓ上にＣ点を中心とする半径ｒ１　、ｒ２　、…ｒｍ　の同心円を基板に設ける。この場合、この同心円上の点Ｃ１　、Ｃ２　、…Ｃｍ　（ｍは自然数）とＢ点との距離がＣＢ間の距離に対してそれぞれλ／２、λ、…、ｍλ／２だけ長くなるように同心円の半径ｒを定める。この同心円に挟まれたゾーンである円環状の領域を通過する電界は、隣り合う２つのゾーンの伝搬距離が互いにλ／２だけ異なるので、受信点Ｂでは電波の位相が互い違いとなって現れる。フレネルゾーン部分は、この複数の同心円がつくる円環状の部分を交互に電波の透過、不透過部分とし、送信点Ａから送信される波長λの電波は途中Ｃ点にある平面Ｓで回折して、受信点Ｂへ収束する。
【００１９】
したがって、このような複数の同心円で囲まれる円環状の部分を交互に電波の透過部分、不透過部分として構成するパターンは、波長λの電波に対して正及び負の焦点距離をもつ収束素子として用いることができる。図３にこのようなフレネルゾーンのパターンの１例を示す。
【００２０】
図３の例は、透明な基板の同一平面に形成されたフレネルゾーンのパターンを示すが、複数の円環状の部分を交互に電波の透過部分、不透過部分とする円環群、又は以下で説明する楕円環群は同一平面に形成される必要はなく、電波が収束するなら異なった複数の平面に形成されていてもよい。
【００２１】
図２に示す送信点ＡからＣ点に至るまでの距離、受信点ＢからＣ点に至るまでの距離をそれぞれｄ１　、ｄ２　とすると、ｍ番目のゾーンの半径ｒｍ　は下記式（１）で表される。式（１）において、ｍは、１、２、３…ｍである。
【００２２】
【数１】
2004088423.tif 000003
【００２３】
ここで、ｍ＝１、２、３…ｍ（自然数）である。
【００２４】
すなわち、フレネルゾーンのパターンは中心から数えた同心円の番号ｍと、波長λの積の平方根に比例する半径の複数の円環状のパターンである。
【００２５】
フレネルゾーンのパターンは、使用条件に応じてその形状が設計される。以上の説明は、電波が平面Ｓに対して垂直に入射する場合であり、上記のフレネルゾーンのパターンは電波透過部分、電波不透過部分が複数の円環状に連続して交互に形成された同心円群となる。
【００２６】
電波が平面Ｓに対して傾きを持つ場合には、フレネルゾーンのパターンは楕円群となる。例えば、　図２に示すＡ’　Ｂ’線のように、　電波が仰角を持ってＳ面に入射する場合は、Ｓ面上で上下方向にＣ点を通る長軸を持つ楕円群となり、電波透過部分、電波不透過部分が複数の楕円環状に連続して交互に形成される。電波の波長は、たとえばλ等の特定の１波長でもよいし、帯域幅をもった波長でもよい。
【００２７】
本発明における、収束体１に形成されたフレネルゾーン部分は、ガラス板、プラスチック等の透明性を有する基板の表面に、アルミ、銀等の金属箔等が貼付されたものや金属薄膜が形成されたもので、ソレット型（金属膜等を同心円状に配置した型）が例示できる。金属箔等は透明性を有する基板のいずれの平面に設けられてもよいが、配設体の側の面に設けることが環境的に好ましい。
【００２８】
本発明のアンテナ装置の特徴は、配設体５と収束体１との間に空間部４を有することである。空間部４を構成する、配設体５と収束体１との間隔（空間部の厚さであって、配設体５に対して収束体１が相対的に傾斜している場合は、配設体５と収束体１との最大間隔）と収束体１の厚さの和は、本発明のアンテナ装置を薄型化するために、２００ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましく、５０ｍｍ以下が特に好ましい。
【００２９】
本発明において、収束体１に設けられたスペーサ９により配設体５に収束体１が取り付けられている。スペーサ９は、収束体１の周縁部又は収束体１の周縁部近傍に設けられることが好ましい。収束体１が配設体５に確実に取り付けられるようにするためである。
【００３０】
空間部４内に存在する空気は、配設体５と、収束体１と、スペーサ９とによって、アンテナ装置の外部の空気とは遮断されている。すなわち、スペーサ９は、配設体５に収束体１を取り付ける機能の他に、空間部４に存在する空気を外気より遮断する機能をも有する。空間部４に存在する空気を外気より遮断する理由は、空間部４に存在する空気の湿度を一定以下にし、埃等が入り込まないようにするためである。
【００３１】
スペーサ９の材質としては、合成樹脂、ゴム等が好ましい。空間部４に存在する空気を外気より遮断する機能に優れるためである。これに限定されず、スペーサ９の材質としては、木又はアルミニウム等の金属が使用できる。
【００３２】
本発明において、空間部４に存在する空気の湿度は露点湿度以下である。この空気の湿度が露点湿度以下であると露点湿度超であるときと比較して空間部４を透過する電波の透過損失が少なくなり、感度が向上する。
【００３３】
配設体５に自動車用の窓ガラス板や建物の窓ガラス板を用いる場合であって、本発明のアンテナ装置の周囲温度が、−３０℃程度まで下がる可能性があるアンテナ装置については、空間部４内に存在する空気の常温における湿度は、かなり低くする必要がある。そのため、空間部４に存在する空気の湿度は、常温（２０℃）で２０．０％以下が好ましく、１０．０％以下がより好ましく、１．０％以下が特に好ましい。
【００３４】
したがって、空間部４内に存在する空気の湿度をできるだけ低くするために、空間部４内又は空間部４に接する箇所に乾燥剤を配することが好ましい。乾燥剤の材質はシリカゲルが安価であるため好ましいが、これに限定されず、乾燥させる機能があればどのようなものでも使用できる。
【００３５】
配設体５と収束体１とは略平行に設けられても、非平行に設けられてもよい。すなわち、配設体５が例えば建造物に配設された窓ガラス板である場合、収束体１が平面状に構成され、空間部４が収束体１を前記窓ガラス板に対して相対的に傾斜させることにより構成される空間部であってもよい。好ましくは、配設体５と収束体１とが略平行であるように空間部が設けられる。
【００３６】
収束体１にフレネルゾーン部分が設けられている場合、収束体１と配設体５とが非平行である場合は、収束体１の配設体５に対する傾斜角度の好ましい範囲は−１０度〜＋１０度であり、より好ましくは−５度〜＋５度であり、特に好ましくは−２度〜＋２度である。傾斜角度と間隔とを一方だけ有していてもよく両方有していてもよい。
【００３７】
本発明のアンテナ装置は、電波が収束される位置に配される通信部２を有する。送信部及び／又は受信部の構造は限定されないが、送受信を両方行えるものであってもよいし、送信、受信それぞれ単独で行うものでもよく、市販されているものや、文献公知の構成のもののいずれをも含む。一例として図１に示したものは、放射器７及びコンバータ８で構成されている。
【００３８】
通信部２は、角度、高さが、所望の範囲で変えることのできる載置台上に支持・固定されているのが好ましい。本発明における配設体５が窓ガラス板である場合には、枠６に固定された支持腕に該載置台が備えられていてもよい。図１に示す放射器７は、ホーン構造として示されているが、スパイラル、ダイポール、ストリップ線路、スロット等で構成してもよい。
【００３９】
本発明において、通信部２は、公知のいかなる構造のアンテナでもよく、例を挙げると、略平面の開口面を有する開口面アンテナ、例えば、反射鏡アンテナ、ホーンアンテナ等が挙げられる。また、上述のアンテナ以外に、例えば導波管又はストリップ線路の導体壁面上に形成したスロットアレイで構成される平面構造のスロットアレイアンテナ又はマイクロストリップアンテナを素子として平面状にアレイ化した平面構造のアレイアンテナ等の平面アンテナが挙げられる。すなわち、本発明における通信部２は、開口面アンテナ、平面アンテナであればいずれであってもよい。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。
【００４１】
「例１（実施例）」
市販の円形導波管プローブを通信部２として用いて、図１に示すアンテナ装置を製造した。配設体５として市販の厚さ５．８ｍｍのソーダライムの窓ガラス板（比誘電率εｒ　＝７．０）を用い、通信部２との距離ｆは、ｆ＝２００ｍｍとした。
【００４２】
市販の厚さが２．７ｍｍのソーダライムガラス板表面にアルミ箔を図３に示す構成及び以下の寸法にて貼付し、フレネルゾーンプレートである収束体１を作製した。この収束体１をフレネルゾーン部分を配設体５側に向けて、図１に示すように収束体１に対して、配設体５である窓ガラス板の間隔ｇ＝１８ｍｍとなるようにスペーサを介して窓ガラス板に取り付けた。なお、図３において斜線部がアルミ箔を貼付した部分である。
【００４３】
２ｒ１　＝１０４ｍｍ、
２ｒ２　＝１４８ｍｍ、
２ｒ３　＝１８２ｍｍ、
２ｒ４　＝２１２ｍｍ、
２ｒ５　＝２４０ｍｍ、
２ｒ６　＝２６４ｍｍ、
２ｒ７　＝２８８ｍｍ。
【００４４】
空間部４内に存在する空気の湿度を常温（２０℃）で９０％に調整・設定した後、空間部４内に存在する空気を加熱して、この空気の温度を３０℃にして以下の条件で感度を測定した。到来する電波の周波数を２２．６０５ＧＨｚ（波長λ＝１３．３ｍｍ）とし、受信したところ感度０．０ｄＢであり、良好な電波の受信ができた。
【００４５】
次に、アンテナ装置全体の周囲温度を徐々に冷却して周囲温度２１℃では、この窓ガラス板及び収束体１には結露は認められず、感度０．０ｄＢのままであった。しかし、周囲温度２０℃では、この窓ガラス板及び収束体１には結露は認められ、感度−３．０ｄＢであって、急激に感度が降下した。
【００４６】
「例２（実施例）」
乾燥剤としてシリカゲルをスペーサ９の内側に設けた以外は、例１と同様の仕様としたアンテ装置を製作した。空間部４内に存在する空気の湿度は常温（２０℃）で１．０％以下（小さすぎるため正確な測定は不可能）であった。
【００４７】
アンテナ装置全体の周囲温度を３０℃から徐々に冷却して周囲温度−３０℃まで冷却したが、この窓ガラス板及び収束体１には結露は認められず、感度０．０ｄＢのまま一定であった。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のアンテナ装置は、空間部内に存在する空気の湿度が露点湿度以下としたため、配設体及び収束体には結露しにくく、良好な感度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ装置の側面を示す模式図。
【図２】フレネルゾーンを説明する模式図。
【図３】図１の収束体の平面図。
【符号の説明】
１：収束体
２：通信部
３：電波
４：空間部
５：配設体
９：スペーサ
【図１】
2004088423.tif 000004
【図２】
2004088423.tif 000005
【図３】
2004088423.tif 000006