(57)【要約】【課題】アンテナの小型化、アンテナ設計の簡単化、およびアンテナの製造精度を向上する。【解決手段】絶縁性の基板２０上に形成された矩形状のアース部１２ａ〜１２ｄの周囲に、直線状の放射素子１０ａ〜１０ｄを所定間隔離隔して形成する。ほぼ中央に形成されている給電点１４と放射素子１０ａ〜１０ｄとは、給電ライン１１ａ〜１１ｄと接続されて給電される。給電ライン１１ａ〜１１ｄが各放射素子１０ａ〜１０ｄに接続されている位置が、給電点１４と同軸ケーブル１３との整合がほぼとれる位置とされている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板上に形成された矩形状のアース部と、
該アース部のほぼ中央に配置されて前記基板上に形成されている給電点と、
前記アース部の各辺にほぼ平行するよう前記アース部の外方に所定間隔離隔されて、前記基板上に形成されている直線状の複数の放射素子と、
該放射素子のそれぞれと、前記給電点とを接続するよう前記基板上に設けられている給電ラインと、
前記給電点に接続されている給電ケーブルとを備え、
前記給電ラインが前記各放射素子に接続されている位置が、前記給電点と前記給電ケーブルとの整合がほぼとれる位置とされていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記給電ケーブルにおいて、前記給電点から使用中心周波数波長の略１／４波長の部位の外導体が、前記アース部に接続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、無指向性の水平偏波の放射パターンを有するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無指向性を有するアンテナとして図１１に示すアンテナ装置１００が提案されている。このアンテナ装置１００は、矩形のアース部の周囲に４つの逆Ｆ型アンテナを配置して構成されている。矩形のアース部は、４つの逆Ｆ型アンテナに給電する給電ライン等によりアース部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄに４分割されている。そして、分割されたアース部１０３ａ、１０３ｂが形成する辺に逆Ｆ型アンテナ１０１ａが形成されており、分割されたアース部１０３ｂ、１０３ｃが形成する辺に逆Ｆ型アンテナ１０１ｂが形成されている。さらに、分割されたアース部１０３ｃ、１０３ｄが形成する辺に逆Ｆ型アンテナ１０１ｃが形成されており、分割されたアース部１０３ｄ、１０３ａが形成する辺に逆Ｆ型アンテナ１０１ｄが形成されている。
【０００３】
４つの逆Ｆ型アンテナ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄの構成は同様とされており、逆Ｆ型アンテナ１０１ａを代表としてその構成について説明する。逆Ｆ型アンテナ１０１ａの一端は屈曲されてアース部１０３ｂに短絡されており、その中途に給電ライン１０２ａから給電されている。この場合、逆Ｆ型アンテナ１０１ａのインピーダンスは、給電ライン１０２ａを逆Ｆ型アンテナ１０１ａに接続する位置や逆Ｆ型アンテナ１０１ａとアース部１０３ａ、１０３ｂとの間隔に応じたインピーダンスとなる。
【０００４】
逆Ｆ型アンテナ１０１ａに給電する給電ライン１０２ａと、逆Ｆ型アンテナ１０１ｄに給電する給電ライン１０２ｄとは接続されてＴ字状の整合ライン１０６の第１の端に接続され、逆Ｆ型アンテナ１０１ｂに給電する給電ライン１０２ｂと、逆Ｆ型アンテナ１０１ｃに給電する給電ライン１０２ｃとは接続されて整合ライン１０６の第２の端に接続されている。そして、整合ライン１０６の第３の端が給電点１０５とされており、給電点１０５に同軸ケーブル１０４から給電されている。すなわち、同軸ケーブル１０４の芯線１０４ｂが給電点１０５にハンダ付け等により電気的に接続され、同軸ケーブル１０４のシールド部１０４ａが給電点１０５近傍のアース部１０３ｂにハンダ付け等により電気的に接続されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に示す従来のアンテナ装置１００において、整合ライン１０６を設ける理由を説明する。逆Ｆ型アンテナ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄのインピーダンスは、例えば略５０Ωとされており、一般的な同軸ケーブル１０４の特性インピーダンス５０Ωとされている。この場合、給電点１０５には４つの逆Ｆ型アンテナ１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄが並列に接続されることから、アンテナ側のインピーダンスは略１２．５Ωとなり、同軸ケーブル１０４とインピーダンスマッチングがとれないことになる。そこで、整合ライン１０６において使用周波数の波長の約１／４波長のＱセクションを設けてＱマッチングをとるようにしている。Ｑセクションにおいては、約１／４波長のラインのライン幅を変化させてインピーダンスを変更することにより同軸ケーブル１０４とのマッチングをとっている。
【０００６】
従来のアンテナ装置１００は、このような構成とされているため給電ラインにＱマッチングなどの整合回路のための整合ラインを設ける必要があった。すると、給電ラインの長さが使用周波数によって制限され、アンテナの小型化が困難になるという問題点があった。
また、４つの逆Ｆ型アンテナにおけるアース部との間隔や給電位置がアンテナインピーダンスの決定に関与しているため、これらの寸法を４つの逆Ｆ型アンテナにおいて正確に一致させる必要がある。このために、アンテナの設計が非常に複雑になるという問題点があった。さらに、給電ラインなどの寸法も精度良く構成しなければ、同軸ケーブルの給電点のインピーダンスが安定しないため、量産時のバラツキを抑えることが困難になるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明は小型化、アンテナ設計の簡単化、およびアンテナ製造精度を向上することが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、絶縁性の基板上に形成された矩形状のアース部と、該アース部のほぼ中央に配置されて前記基板上に形成されている給電点と、前記アース部の各辺にほぼ平行するよう前記アース部の外方に所定間隔離隔されて、前記基板上に形成されている直線状の複数の放射素子と、該放射素子のそれぞれと、前記給電点とを接続するよう前記基板上に設けられている給電ラインと、前記給電点に接続されている給電ケーブルとを備え、前記給電ラインが前記各放射素子に接続されている位置が、前記給電点と前記給電ケーブルとの整合がほぼとれる位置とされている。
【０００９】
また、前記本発明のアンテナ装置において、前記給電ケーブルにおいて、前記給電点から使用中心周波数波長の略１／４波長の部位の外導体が、前記アース部に接続されていてもよい。
【００１０】
このような本発明によれば、アース部の外方に所定間隔離隔されて基板上に形成されている放射素子の所定の位置に給電ラインを接続してインピーダンス整合をとるようにしたので、放射素子のそれぞれと給電点とを接続する給電ラインの長さを任意の長さとすることができる。これにより、アンテナ装置を小型化することができる。また、給電ラインにおいて整合をとるための手段が不要になることから寸法精度の必要な箇所を低減することができ、アンテナの設計を容易に行えると共に量産時のバラツキを抑えることができるようになる。
また、給電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をアース部に接続することにより、給電ケーブル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第１の実施例の構成を図１および図２に示す。ただし、図１は本発明の第１の実施例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、本発明にかかる第１の実施例のアンテナ装置１は、矩形のアース部の周囲に両端が開放されている４つの直線状の放射素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを所定間隔離隔するよう配置して構成されている。矩形のアース部は、４つの放射素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに給電する給電ラインによりアース部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに４分割されている。そして、分割されたアース部１２ａ、１２ｂが形成する辺から所定距離離隔してほぼ平行に放射素子１０ａが形成されており、分割されたアース部１２ｂ、１２ｃが形成する辺から所定距離離隔してほぼ平行に放射素子１０ｂが形成されている。さらに、分割されたアース部１２ｃ、１２ｄが形成する辺から所定距離離隔してほぼ平行に放射素子１０ｃが形成されており、分割されたアース部１２ｄ、１２ａが形成する辺から所定距離離隔してほぼ平行に放射素子１０ｄが形成されている。この場合、放射素子１０ａ〜１０ｄおよびアース部１２ａ〜１２ｄ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】
放射素子１０ａ〜１０ｄには、給電ライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄからそれぞれ給電されており、４本の給電ライン１１ａ〜１１ｄは給電点１４に接続されている。給電点１４には同軸ケーブル１３の芯線１３ｃが接続されると共に、同軸ケーブル１３のシールド部１３ａがアース部１２ｂに接続されることにより、同軸ケーブル１３から４本の給電ライン１１ａ〜１１ｄを介して４つの放射素子１０ａ〜１０ｄに給電されている。
【００１３】
４つの放射素子１０ａ〜１０ｄの構成は同様とされており、放射素子１０ａを代表としてその構成について説明する。放射素子１０ａは直線状とされており、その長さは使用中心周波数における波長をλとすると略λ／４とされる。放射素子１０ａには給電ライン１１ａの一端が接続されており、給電ライン１１ａの他端は給電点１４に接続されている。この場合、放射素子１０ａの長さ、放射素子１０ａに接続される給電ライン１１ａの位置、および、放射素子１０ａとアース部１２ａ、１２ｂとの間隔により、給電ライン１１ａからみた放射素子１０ａのインピーダンスが決まるようになる。得ようとする放射素子１０ａのインピーダンス値は、４つの放射素子１０ａ〜１０ｄが並列に給電点１４に接続されることから、給電点１４に接続されている同軸ケーブル１３における特性インピーダンスの４倍の値とされる。例えば、同軸ケーブル１３の特性インピーダンスが５０Ωとされている場合は、放射素子１０ａのインピーダンスが略２００Ωとされる。
【００１４】
放射素子１０ｂ、１０ｃ、１０ｄにおいても同様とされており、給電ライン１１ａ〜１１ｄにインピーダンス整合用の整合ラインを設けることなく、放射素子１０ａ〜１０ｄと同軸ケーブル１３との整合をとることができるようになる。したがって、本発明のアンテナ装置１は給電ライン１１ａ〜１１ｄにＱマッチングなどの整合回路のための整合ラインを設ける必要がないことから、給電ライン１１ａ〜１１ｄの長さが使用周波数によって制限されることがなく任意の長さとすることができ、アンテナ装置１の小型化を図ることができるようになる。この場合、アース部１２ａ〜１２ｄの大きさは必要なアンテナ特性が得られる大きさとされる。
また、放射素子１０ａ〜１０ｄの構成が単純とされていると共に整合ラインが不要とされて寸法上の制約が減少されるため、アンテナ設計が容易になる。さらに、寸法精度が必要な部位が少ないため、量産時の寸法精度の向上が図られ、ばらつきを抑えやすくすることができる。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の第２の実施例の構成を図３に示す。ただし、図３は本発明の第２の実施例のアンテナ装置の平面図である。
図３に示す第２の実施例のアンテナ装置２は、第１の実施例のアンテナ装置１の給電ライン１１ａ〜１１ｄをセミリジッドケーブル等の給電ケーブル２１ａ〜２１ｄに置き換えている。これにより、アース部を分割する必要がなくなり分割されていない矩形状のアース部２２とされている。第２の実施例のアンテナ装置２における他の構成は第１実施例のアンテナ装置１と同様であるので、その説明は省略する。
第２の実施例のアンテナ装置２においても、放射素子１０ａ〜１０ｄの構成が単純とされていると共に整合ラインが不要とされて寸法上の制約が減少されるため、アンテナ設計が容易になる。さらに、寸法精度が必要な部位が少ないため、量産時の寸法精度の向上が図られ、ばらつきを抑えやすくすることができる。
【００１６】
次に、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の第３の実施例の構成を図４に示す。ただし、図４は本発明の第３の実施例のアンテナ装置の平面図である。
図４に示す第３の実施例のアンテナ装置３は、第１の実施例のアンテナ装置１において、同軸ケーブルの外導体に漏洩電流が流れることを防止するようにしたものである。図４に示すように、給電点１４には同軸ケーブル３３の芯線３３ｃが接続されると共に、同軸ケーブル３３のシールド部３３ａがアース部１２ｂに接続されいる。そして、同軸ケーブル３３の給電点１４から略λ／４の長さの部位の外皮を除去してシールド部３３ｅを露出させる。このシールド部３３ｅをアース部１２ｂにハンダ付け等により電気的に接続する。
【００１７】
これにより、同軸ケーブル３３の露出されたシールド部３３ｅ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。なお、同軸ケーブル３３の給電点１４からシールド部３３ｅまでを巻回して巻回部３３ｄを形成することによりアース部１２ｂが必要以上に大きくなることを防止している。第３の実施例のアンテナ装置３における他の構成は第１実施例のアンテナ装置１と同様であるので、その説明は省略する。なお、巻回部３３ｄを固着手段を設けて基板２０に固着するようにしてもよい。また、巻回部３３ｄを形成することに替えて、図５に示す第３の実施例のアンテナ装置３の変形例のように屈曲部３３ｆを設けるようにして、アース部１２ｂが必要以上に大きくなることを防止するようにしてもよい。
第３の実施例のアンテナ装置３およびその変形例においても、放射素子１０ａ〜１０ｄの構成が単純とされていると共に整合ラインが不要とされて寸法上の制約が減少されるため、アンテナ設計が容易になる。さらに、寸法精度が必要な部位が少ないため、量産時の寸法精度の向上が図られ、ばらつきを抑えやすくすることができる。
【００１８】
次に、本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の第４の実施例の構成を図７および図８に示す。ただし、図７は本発明の第４の実施例のアンテナ装置の平面図であり、図８はその裏面図である。
これらの図に示す第４の実施例のアンテナ装置４は、第１の実施例のアンテナ装置１において、給電ラインをマイクロストリップ構成としたものである。第４の実施例のアンテナ装置４は、図７に示すように、放射素子１０ａ〜１０ｄにマイクロストリップ構成の給電ライン４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄからそれぞれ給電されており、４本の給電ライン４１ａ〜４１ｄは給電点１４に接続されている。給電点１４にはマイクロストリップ構成の屈曲されて形成された給電ライン４１ｅが接続されている。
【００１９】
第４の実施例のアンテナ装置４における基板４０の裏面には、図８に示すように４分割されているアース部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄとほぼ同じ大きさの矩形のアース部４３が形成されている。４分割されているアース部４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄのそれぞれは、基板４０の裏面に形成されているアース部４３と複数のスルーホール４４により電気的に接続されている。また、基板４０の裏面には、給電ライン４１ｆが形成されており、給電ライン４１ｅの端部と給電ライン４１ｆの始端とがスルーホール４４により接続されている。給電ライン４１ｆの終端に図示しない同軸ケーブルが接続されて給電され、給電ライン４１ｅと給電ライン４１ｆとを合わせた長さは略λ／４とされる。これにより、給電ライン４１ｆの終端に接続された同軸ケーブル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。
第４の実施例のアンテナ装置４およびその変形例においても、放射素子１０ａ〜１０ｄの構成が単純とされていると共に整合ラインが不要とされて寸法上の制約が減少されるため、アンテナ設計が容易になる。さらに、寸法精度が必要な部位が少ないため、量産時の寸法精度の向上が図られ、ばらつきを抑えやすくすることができる。
【００２０】
なお、第４の実施例のアンテナ装置４において、基板４０の一面に略λ／４の給電ラインを形成するようにしてもよい。この時、給電ラインの長さがλ／４に達しない場合は複数枚の基板に給電ラインを分割して形成し従属接続するようにしてもよい。この場合の具体的構成の一例を図６に示す。図６に示す例では、３枚の基板５０ａ、５０ｂ、５０ｃにそれぞれ屈曲されて形成されているストリップライン構成の給電ライン５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを従属接続することにより、略λ／４の給電ラインを構成している。すなわち、基板５０ａに形成されている給電ライン５１ｂの終端はスルーホール５２ｂにより基板５０ｂに形成されている給電ライン５１ｃの始端に接続される。基板５０ｂに形成されている給電ライン５１ｃの終端はスルーホール５２ｃにより基板５０ｃに形成されている給電ライン５１ｄの始端に接続される。そして、基板５０ａに形成されている給電ライン５１ｂの始端はスルーホール５２ａにより同軸ケーブルが接続される給電ライン５１ａに接続され、基板５０ｃに形成されている給電ライン５１ｄの終端はスルーホール５２ｄにより給電点１４から延伸されている給電ライン５１ｅに接続される。これにより、給電ライン５１ａから給電ライン５１ｅまでの長さを略λ／４として、同軸ケーブル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ようになる。
【００２１】
次に、図１に示す第１の実施例のアンテナ装置１の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を図９に示し、その水平面内指向性を図１０に示す。この場合、アンテナ装置１は、基板２０の大きさが約２２０×２２０ｍｍ、放射素子１０ａ〜１０ｄの長さが約１２０ｍｍ、各放射素子１０ａ〜１０ｄと各アース部１２ａ〜１２ｄの間隔が約１０ｍｍとされ、アンテナ装置１は約５００ＭＨｚに共振するようにされている。
図９に示すＶＳＷＲの周波数特性を参照すると、アンテナ装置１は５００ＭＨｚにて約１．７とされた良好なＶＳＷＲが得られている。また、図１０に示す水平面内指向特性を参照すると水平面の最大利得が約−０．５ｄＢｄとされており、平均化利得が約−１．５ｄＢｄのほぼ円形の無指向性放射パターンが得られている。
【００２２】
以上説明した本発明のアンテナ装置において、放射素子は４素子に限るものではなく３素子以上であればよい。また、放射素子の素子長は１／４波長に限るものではなく１／４波長を超える長さとしてもよい。また、アース部は矩形状としたがこれに限るものではなく円形や３角形状、あるいは多角形状とすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように、アース部の外方に所定間隔離隔されて基板上に形成されている放射素子の所定の位置に給電ラインを接続してインピーダンス整合をとるようにしたので、放射素子のそれぞれと給電点とを接続する給電ラインの長さを任意の長さとすることができる。これにより、アンテナ装置を小型化することができる。また、給電ラインにおいて整合をとるための手段が不要になることから寸法精度の必要な箇所を低減することができ、アンテナの設計を容易に行えると共に量産時のバラツキを抑えることができるようになる。
また、給電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をアース部に接続することにより、給電ケーブル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第１の実施例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第１の実施例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第２の実施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第３の実施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第３の実施例の変形例の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の第４の実施例の変形例の構成を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の第４の実施例の構成を示す平面図である。
【図８】本発明の実施の形態にかかるアンテナ装置の第４の実施例の構成を示す裏面図である。
【図９】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１０】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１１】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、４  アンテナ装置、１０ａ  〜１０ｄ放射素子、１１ａ〜１１ｄ  給電ライン、１２ａ〜１２ｄ  アース部、１３  同軸ケーブル、１３ａ  シールド部、１３ｃ  芯線、１４  給電点、２０  基板、２１ａ  給電ケーブル、２２  アース部、３３  同軸ケーブル、３３ａ  シールド部、３３ｃ  芯線、３３ｄ  巻回部、３３ｅ  シールド部、３３ｆ  屈曲部、４０  基板、４１ａ〜４１ｄ  給電ライン、４１ｅ  給電ライン、４１ｆ  給電ライン、４２ａ〜４２ｄ  アース部、４３  アース部、４４  スルーホール、５０ａ  基板、５０ｂ  基板、５０ｃ  基板、５１ａ  給電ライン、５１ｂ  給電ライン、５１ｃ  給電ライン、５１ｄ  給電ライン、５１ｅ  給電ライン、５２ａ  スルーホール、５２ｂ  スルーホール、５２ｃ  スルーホール、５２ｄ  スルーホール、１００  アンテナ装置、１０１ａ〜１０１ｄ  逆Ｆ型アンテナ、１０２ａ〜１０２ｄ  給電ライン、１０３ａ〜１０３ｄ  アース部、１０４  同軸ケーブル、１０４ａ  シールド部、１０４ｂ  芯線、１０５  給電点、１０６  整合ライン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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