(57)【要約】【課題】同軸給電線に漏洩電流が流れることを阻止すると共に小型化する。【解決手段】放射素子１０，１１と、平行な無給電素子１２とをＶ字状に配置する。そして、放射素子１０，１１と無給電素子１２との間隔を使用中心周波数波長の略１／４波長未満の間隔とする。これにより、アンテナ装置１を小型化することができる。放射素子１０，１１を接続した位置から略１／４波長の同軸ケーブル１３のシールド部１３ｄに無給電素子１２を接続することにより、同軸ケーブル１３の外導体に漏洩電流が流れることを阻止することができる。【選択図】  図１
2004343193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ字型ダイポールの放射素子と、該放射素子とほぼ平行に配置されているＶ字型の無給電素子とを備えるアンテナ装置であって、
Ｖ字型とされている前記放射素子と前記無給電素子とが、使用中心周波数波長の略１／４波長未満の間隔をおいてほぼ平行に配置されており、前記放射素子に給電する同軸ケーブルの給電点から使用中心周波数波長の略１／４波長の位置の外導体に前記無給電素子が接続されることにより、前記無給電素子を漏洩電流を阻止するスタブとしても機能させるようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記放射素子に前置および／または後置して複数本の前記無給電素子がほぼ等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記放射素子と前記無給電素子とが、誘電体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１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、放射素子と無給電素子とを少なくとも備え、電気的に平衡動作する放射素子に不平衡同軸給電線を直接接続することのできるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指向性を有する通信用アンテナとして八木宇田アンテナが一般的に用いられている。八木宇田アンテナは、放射素子と、放射素子の前後に反射素子や導波素子が配置されて構成されている。そして、放射素子と反射素子との距離は、使用中心周波数における波長をλとすると、略λ／４とされ、放射素子と導波素子との距離も同様に略λ／４とされる。また、電気的に平衡動作する放射素子の長さは略λ／２とされ、反射素子の長さは、インダクティブリアクタンスとなるように  λ／２より若干長めとされ、導波素子の長さは、キャパシティブリアクタンスとなるように  λ／２より若干短めとされている。
【０００３】
このような構成の八木宇田アンテナにおいては、ダイポールの放射素子にそれぞれ同軸給電線の芯線と外導体が接続されることにより給電されている。すると、ダイポールの放射素子は平衡動作するものの、同軸給電線は不平衡給電線とされているため、同軸給電線の外導体に漏洩電流が流れるようになる。この漏洩電流は定在波として同軸給電線上に発生し、給電点よりλ／４の点において振幅が最小値となる。同軸給電線の外導体に漏洩電流が流れると、ダイポールの放射素子に流れる電流がアンバランスになり、八木宇田アンテナのビームの前後方比（ＦＢ比）が劣化したり、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が悪化したりするようになる。そこで、平衡動作の放射素子と不平衡給電線である同軸給電線との整合をとるために、従来、平衡−不平衡変換装置（バラン）を設けるようにしている。あるいは、漏洩電流を阻止するようにした阻止套管（シュペルトップ）を設けることも行われている。しかしながら、シュペルトップを用いる方法、あるいはバランを用いる方法は、いずれも給電部における構造が複雑化すると共に機械的強度を保持するための作業工程が増加しコストが上昇するという問題点があった。
【０００４】
そこで、バランやシュペルトップを用いることなく平衡放射素子に直接同軸給電線を接続してもアンテナ特性の劣化しない八木宇田アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この八木宇田アンテナでは、反射素子あるいは導波素子を放射素子から使用中心周波数の約１／４波長離隔して配置し、同軸ケーブルの給電点から約１／４波長の位置の外部導体に前記反射素子あるいは導波素子を接続することにより、前記反射素子あるいは導波素子をスタブとして機能させて同軸給電線の外部導体に漏洩電流が流れることを阻止するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１６５６５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の八木宇田アンテナの構造では八木宇田アンテナの横方向および縦方向の大きさが使用周波数の波長に制限され、アンテナ装置の小型化が困難になるという問題点があった。この場合、高誘電率材料を素子周囲に設置して波長を短縮することによりアンテナ装置を小型化することが考えられるが、高誘電材料による放射損失が発生してアンテナ利得が低下してしまうようになる。さらに、波長短縮によってアンテナ物理長の寸法許容公差が厳しくなり、量産時の電気特性ばらつきが大きくなる要因となってしまうことになる。
【０００７】
そこで、本発明はアンテナ利得が低下しないと共に、同軸給電線の外部導体に漏洩電流が流れることを阻止することのできるアンテナ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、Ｖ字型ダイポールの放射素子と、該放射素子とほぼ平行に配置されているＶ字型の無給電素子とを備えるアンテナ装置であって、Ｖ字型とされている前記放射素子と前記無給電素子とが、使用中心周波数波長の略１／４波長未満の間隔をおいてほぼ平行に配置されており、前記放射素子に給電する同軸ケーブルの給電点から使用中心周波数波長の略１／４波長の位置の外導体に前記無給電素子が接続されることにより、前記無給電素子を漏洩電流を阻止するスタブとしても機能させるようにしている。
【０００９】
また、前記本発明のアンテナ装置において、前記放射素子に前置および／または後置して複数本の前記無給電素子がほぼ等間隔で配置されていてもよい。
さらに、前記本発明のアンテナ装置において、前記放射素子と前記無給電素子とが、誘電体基板上に形成されていてもよい。
【００１０】
このような本発明によれば、放射素子および無給電素子をＶ字型とすると共に、放射素子と無給電素子との間隔を使用中心周波数波長の略１／４波長未満の間隔としたので、小型化することができると共に、小型化してもアンテナ利得の低下を防止することができる。また、放射素子に給電する同軸ケーブルの給電点から使用中心周波数波長の略１／４波長の位置の外導体に無給電素子が接続されているので、同軸給電線の外部導体に漏洩電流が流れることを阻止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の構成を図１および図２に示す。ただし、図１は本発明のアンテナ装置の平面図であり、図２はその側面図である。
これらの図に示すように、本発明にかかるアンテナ装置１は、放射素子１０と放射素子１１からなるダイポールの放射素子を備え、放射素子１０と放射素子１１とはＶ字状に配置されて、絶縁性の基板２０上に形成されている。この放射素子１０と放射素子１１にほぼ平行にＶ字状の無給電素子１２が絶縁性の基板２０上に形成されている。この場合、放射素子１０および放射素子１１、無給電素子１２は金属製の薄膜とされて絶縁性の基板２０上に蒸着あるいは貼着されて形成されている。
【００１２】
そして、放射素子１０および放射素子１１と無給電素子１２との距離は、使用中心周波数における波長をλとすると、λ／４未満、例えば略λ／８とされる。このように、放射素子１０および放射素子１１と無給電素子１２との距離がλ／４未満となるように短くしていると共に、放射素子１０および放射素子１１と無給電素子１２とをＶ字状に屈曲して配置しているため、アンテナ装置１を小型化することができるようになる。なお、放射素子１０と放射素子１１、無給電素子１２におけるＶ字状の角度は約９０°とされている。また、電気的に平衡動作する放射素子１０および放射素子１１からなるダイポールアンテナの全体の長さは略λ／２とされ、無給電素子１２の全体の長さは、インダクティブリアクタンスとして反射素子として機能させる際はλ／２より若干長めとされ、キャパシティブリアクタンスとして導波素子として機能させる際はλ／２より若干短めとされる。
【００１３】
この放射素子１０および放射素子１１からなるダイポールアンテナには同軸ケーブル１３から給電している。すなわち、図１に示すように同軸ケーブル１３の先端部における外皮を除去して外部導体であるシールド部１３ａを露出し、このシールド部１３ａを放射素子１１の一端にハンダ付け等により電気的に接続している。また、同軸ケーブル１３の先端におけるシールド部およびその内部の絶縁部を除去して芯線１３ｃを露出し、この芯線１３ｃを放射素子１０の一端にハンダ付け等により電気的に接続している。この場合、放射素子１０および放射素子１１からなるダイポールアンテナは、電気的に平衡動作するものの同軸ケーブル１３は不平衡ケーブルとされている。そこで、同軸ケーブル１３の放射素子１０および放射素子１１への給電点から略λ／４の長さの部位の外皮を除去してシールド部１３ｄを露出させる。そして、このシールド部１３ｄを無給電素子１２の中央部にハンダ付け等により電気的に接続する。
【００１４】
これにより、無給電素子１２はシールド部１３ｄから約λ／４の長さとなって、先端開放のλ／４スタブとして機能するようになる。すると、シールド部１３ｄから無給電素子１２を見たインピーダンスはほぼ無限大となる。このため、平衡動作をする放射素子１０および放射素子１１が不平衡の同軸ケーブル１３から直接給電されて、同軸ケーブル１３に漏洩電流が流れても、同軸ケーブル１３の露出されたシールド部１３ｄ以降においては、そのシールド部に流れる漏洩電流が阻止されるようになる。このように、無給電素子１２により同軸ケーブル１３の外導体に漏洩電流が流れることを防止することができる。なお、同軸ケーブル１３の放射素子１０および放射素子１１への給電点からシールド部１３ｄまでは略λ／４の長さとされるが、放射素子１０および放射素子１１と無給電素子１２との距離はλ／４未満、例えば略λ／８とされることから、この間の同軸ケーブル１３を巻回して巻回部１３ｂを形成している。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態のアンテナ装置１の変形例の構成を示す平面図を図３に示す。図３に示すアンテナ装置２は、図１に示すアンテナ装置１において整合素子１４を備えるようにしたものである。一般に同軸ケーブル１３の特性インピーダンスは、５０Ωあるいは７５Ωとされているが、放射素子１０と放射素子１１とがＶ字状に屈曲されていると共に、例えば略λ／８の間隔でＶ字状の無給電素子１２が放射素子１０および放射素子１１に平行に配置されているため、同軸ケーブル１３と整合しづらくなる。そこで、図３に示すアンテナ装置２においてはΓマッチング用の整合素子１４を設けて、放射素子１０および放射素子１１からなるダイポールアンテナと同軸ケーブル１３との整合を取っている。整合素子１４の一端はシールド部１３ａにハンダ付け等により電気的に接続されており、他端は放射素子１１の中途に接続されている。
【００１６】
図３に示すアンテナ装置２における他の構成は、図１に示すアンテナ装置１と同様であるので、その説明は省略するがアンテナ装置２においても小型化することができるようになる。また、アンテナ装置２においても同軸ケーブル１３の外導体に漏洩電流が流れることを防止することができる。
ところで、上記説明したアンテナ装置１およびアンテナ装置２において、基板２０の大きさを約２４０×２２０ｍｍとし、放射素子１０と放射素子１１との長さを約１２７ｍｍとし、反射素子として機能させる無給電素子１２の長さを約１６５ｍｍとし、放射素子１０および放射素子１１と無給電素子１２との間隔を約８０ｍｍとすることで、共振周波数が約５００ＭＨｚとすることができる。このように、本発明にかかるアンテナ装置は小型とすることができる。なお、基板２０はガラスエポキシ樹脂基板とされ、その比誘電率εｓは約３．４とされている。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態のアンテナ装置１の他の変形例の構成を示す側面図を図４に示し、その分解組立図を図５に示す。これらの図に示すアンテナ装置３は、図１に示すアンテナ装置１において同軸ケーブル１３の巻回部１３ｂを基板２０に固着するようにしたものである。すなわち、巻回部１３ｂに固着具２２を挿入して、固着具２２に挿通したネジ２１を基板２０の裏側に配置したナット２３に螺着することにより巻回部１３ｂを基板２０に固着するようにしている。この場合、固着具２２は、図５に示すように巻回部１３ｂに当接する鍔部２２ａと、鍔部２２ａから延伸する円筒部２２ｂを備えており、合成樹脂製あるいは金属製とされている。また、固着具２２にはネジ２１が挿通可能な貫通孔が形成されている。
【００１８】
この固着具２２の他の構成例を図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図６（ａ）に示す固着具３２は、ネジ２１に替えて鍔部３２ａに一体化されたネジ部３２ｃを下面から延伸させている。このネジ部３２ｃを円筒部３２ｂに形成されている貫通孔に挿通し、この固着具３２を巻回部１３ｂに挿入する。次いで、ネジ部３２ｃをナット２３に螺着することにより巻回部１３ｂを基板２０に固着することができる。
また、図６（ｂ）に示す固着具４２は、ネジ２１に替えて固着具４２に一体化されたネジ部４２ｃを円筒部４２ｂの下面から延伸させている。この固着具４２を巻回部１３ｂに挿入し、そのネジ部４２ｃをナット２３に螺着することにより巻回部１３ｂを基板２０に固着することができる。
さらに、図６（ｃ）に示す固着具５２は、円筒部５２ｂに軸方向に形成した穴内に雌ネジを形成している。そして、ネジ２１に替えてナット２３をネジ５３としている。この固着具５２を巻回部１３ｂに挿入し、固着具５２の円筒部５２ｂに形成されている雌ネジに、基板２０の裏側からネジ５３を螺着することにより巻回部１３ｂを基板２０に固着することができる。
【００１９】
次に、図４に示すアンテナ装置２の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図７に示し、その水平面内指向性を図８に示す。この場合、アンテナ装置２は上記した寸法とされてその共振周波数は約５００ＭＨｚとされており、整合素子１４の長さは約５６ｍｍとされている。図７を参照すると５００ＭＨｚにて約１．２とされた良好なＶＳＷＲが得られている。また、図８を参照すると水平面内の最大利得は約＋３ｄＢｄとされており、半値角が約８０°、前後方比（Ｆ／Ｂ比）として約１１ｄＢが得られている。このように大きな半値角が得られるのは放射素子１０および放射素子１１と無給電素子１２との間隔を約λ／８とλ／４未満としているからである。
【００２０】
以上説明した本発明のアンテナ装置において、無給電素子は１素子に限らず、２素子以上を設置してもよく、２素子以上の無給電素子を放射素子の前後に配置しても良い。また、素子長は片側で１／４波長に関わらず、それ以外の長さとしてもよい。放射素子および無給電素子のＶ字状の屈曲角度は９０°以外の角度としてもよい。さらに、アンテナ装置における整合手段は、Γマッチングに限らずΩマッチングやＱマッチングとしてもよい。さらにまた、チップ部品を用いた集中定数回路によりマッチングを行うようにしてもよい。
さらにまた、本発明のアンテナ装置において、放射素子および無給電素子を基板上に形成することに替えて、放射素子や無給電素子を金属性の棒状体で作成するようにしてもよい。さらにまた、本発明のアンテナ装置における同軸ケーブルを巻回することに替えて、屈曲するようにしてもよい。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、放射素子および無給電素子をＶ字型とすると共に、放射素子と無給電素子との間隔を使用中心周波数波長の略１／４波長未満の間隔としたので、小型化することができると共に、小型化してもアンテナ利得の低下を防止することができる。また、放射素子に給電する同軸ケーブルの給電点から使用中心周波数波長の略１／４波長の位置の外導体に無給電素子が接続されているので、同軸給電線の外部導体に漏洩電流が流れることを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の変形例の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の他の変形例の構成を示す側面図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の他の変形例の構成を示す分解組立図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の他の変形例の構成における固着具の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置のＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の水平面内指向特性を示す図である。
【図９】従来のアンテナ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  アンテナ装置、２  アンテナ装置、３  アンテナ装置、１０  放射素子、１１  放射素子、１２  無給電素子、１３  同軸ケーブル、１３ａ  シールド部、１３ｂ  巻回部、１３ｃ  芯線、１３ｄ  シールド部、１４  整合素子、２０  基板、２１  ネジ、２２  固着具、２２ａ  鍔部、２２ｂ  円筒部、２３  ナット、３２  固着具、３２ａ  鍔部、３２ｂ  円筒部、３２ｃ  ネジ部、４２  固着具、４２ａ  鍔部、４２ｂ  円筒部、４２ｃ  ネジ部、５２  固着具、５２ａ鍔部、５２ｂ  円筒部、５３  ネジ
【図１】
2004343193.tif 000003
【図２】
2004343193.tif 000004
【図３】
2004343193.tif 000005
【図４】
2004343193.tif 000006
【図５】
2004343193.tif 000007
【図６】
2004343193.tif 000008
【図７】
2004343193.tif 000009
【図８】
2004343193.tif 000010
【図９】
2004343193.tif 000011