(57)【要約】【課題】アンテナ素子間隔を狭くすることなく、電力半値幅を広げることができるグランド板付アンテナを提供する。【解決手段】絶縁基板１１の上面に１対のアンテナ素子１２ａ、１２ｂを設け、下面に給電用絶縁基板１３を設ける。この絶縁基板１３の上面に給電ライン１４ａ、１４ｂを形成し、下面に方形状のグランド板１５を設ける。アンテナ素子１２ａ、１２ｂは、パッチ素子を使用し、素子間隔（中心間隔）を約０．５λ０に設定する。また、グランド板１５は、左右の両側縁が絶縁基板１１、１３より幅Ｌａ分だけ大きく形成し、両側縁と各アンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心との距離Ｌがそれぞれ約１〜１．５λ０になるように設定する。上記の構成とすることにより、アンテナ素子１２ａ、１２ｂの直接波とグランド板の両側縁を経由する回折波が相互に作用し、両者の位相関係から電力半値幅を広げることができる。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅が約０．５〜０．９λ０の大きさに設定された方形状の第１の絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に設けられた１対のアンテナ素子と、前記第１の絶縁基板に対向して設けられる前記第１の絶縁基板と同形の第２の絶縁基板と、この第２の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第２の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、前記グランド板は、両側縁と前記各アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約１〜１．５λ０の大きさに設定して電力半値幅を広げたことを特徴とするグランド板付アンテナ。
【請求項２】
幅が約０．５〜０．９λ０の大きさに設定された方形状の第１の絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に設けられた１対のアンテナ素子と、前記第１の絶縁基板に対向して設けられる前記第１の絶縁基板と同形の第２の絶縁基板と、この第２の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第２の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、前記グランド板は、一方の側縁から前記一方のアンテナ素子の中心までの距離と、他方の側縁から前記他方のアンテナ素子の中心までの距離との差を約０．５λ０に設定して正面方向の軸比を改善したことを特徴とするグランド板付アンテナ。
【請求項３】
前記請求項１又は請求項２記載のグランド板付アンテナにおいて、アンテナ素子をアレー配置したことを特徴とするグランド板付アレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＧＨｚ帯の高周波帯域で使用されるグランド板付アンテナ及びグランド板付アレーアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、道路と自動車の協調により、危険警告や運転補助を行なって安全な走行を支援するＡＨＳ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）が研究されている。このＡＨＳでは、道路側の設備と自動車に搭載された車載器との間で、例えば５．８ＧＨｚの電波を使用して無線通信が行なわれる。上記ＡＨＳの道路側設備のアンテナとしては、一般にグランド板付の２素子アンテナが使用されている。
【０００３】
上記グランド板付の２素子アンテナは、方形状の絶縁基板の一方の面にグランド板を設け、他方の面に１対のアンテナ素子（パッチ素子）を所定の間隔で設けた構成となっている。そして、上記アンテナ素子の中心部間の間隔、並びに各アンテナ素子の中心とグランド板の端までの距離をそれぞれ０．５λ０（波長）程度に設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように設定された従来のグランド板付の２素子アンテナでは、３０°前後の電力半値幅を得ることができる。
【０００５】
しかし、ＡＨＳ等に利用される２素子アンテナでは、更に広い電力半値幅、例えば４５°以上の電力半値幅が要求される場合がある。
上記２素子アンテナにおいては、電力半値幅を広げる手段として、アンテナ素子の間隔を狭くすることが一般に知られている。しかし、アンテナ素子間隔をあまり狭くすると、アンテナ素子同士が重なり、２素子アンテナとして動作しなくなるという問題がある。
【０００６】
また、グランド板付の２素子アンテナでは、各アンテナ素子の中心からグランド板の側縁までの距離が約０．５λ０で軸比の調整を行なっているが、グランド板の大きさを変えると、アンテナ素子からの直接波とグランド板の側縁からの回折波が加わることにより、正面方向の軸比が劣化する場合がある。このように正面方向の軸比が劣化した場合、その軸比を改善するためにアンテナ素子の最適化が必要になり、調整に時間が掛かるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、アンテナ素子間隔を狭くすることなく、電力半値幅を広げることができるグランド板付アンテナを提供することを目的とする。
また、本発明は、軸比が劣化した場合にアンテナ素子を最適化することなく、簡単に軸比を改善し得るグランド板付アンテナを提供することを目的とする。　更に本発明は、上記グランド板付アンテナをアレー配置することによって、電力半値幅を広げ、あるいは正面方向の軸比を改善してアンテナ利得を向上できるグランド板付アレーアンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係るグランド板付アンテナは、幅が約０．５〜０．９λ０の大きさに設定された方形状の第１の絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に設けられた１対のアンテナ素子と、前記第１の絶縁基板に対向して設けられる前記第１の絶縁基板と同形の第２の絶縁基板と、この第２の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第２の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、前記グランド板は、両側縁と前記各アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約１〜１．５λ０の大きさに設定して電力半値幅を広げたことを特徴とする。
上記のようにグランド板を絶縁基板より大きく形成し、グランド板の両側縁と各アンテナ素子の中心との距離をそれぞれ約１〜１．５λ０の範囲で設定することにより、アンテナ素子の直接波とグランド板の両側縁を経由する回折波が相互に作用し、両者の位相関係から電力半値幅を広げることができる。
【０００９】
第２の発明に係るグランド板付アンテナは、幅が約０．５〜０．９λ０の大きさに設定された方形状の第１の絶縁基板と、前記絶縁基板の一方の面に設けられた１対のアンテナ素子と、前記第１の絶縁基板に対向して設けられる前記第１の絶縁基板と同形の第２の絶縁基板と、この第２の絶縁基板の内側面に設けられ、前記アンテナ素子に給電する給電ラインと、前記第２の絶縁基板の外側面に設けられる方形状のグランド板とを具備し、前記グランド板は、一方の側縁から前記一方のアンテナ素子の中心までの距離と、他方の側縁から前記他方のアンテナ素子の中心までの距離との差を約０．５λ０に設定して正面方向の軸比を改善したことを特徴とする。
上記のようにグランド板の両側縁から各アンテナ素子の中心の距離の差を約０．５λ０に設定することにより、グランド板の左右両側縁からの回折波の位相差が１８０°となって相互に打ち消し合い、この結果、正面方向の軸比をアンテナ素子のみの特性とすることができる。
【００１０】
第３の発明に係るグランド板付アレーアンテナは、前記第１の発明又は第２の発明に係るグランド板付アンテナにおいて、アンテナ素子をアレー配置したことを特徴とする。
上記のように第１の発明又は第２の発明に係るグランド板付アンテナのアンテナ素子をアレー配置することによって、電力半値幅を広げ、あるいは正面方向の軸比を良好にしてアンテナ利得を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るグランド板付アンテナ１０の平面図、図２は同アンテナ１０の側面図である。図１及び図２において、１１は厚さが１ｍｍ程度の例えば方形状の絶縁基板で、一方の面（上側面）には例えば円偏波用の２つのアンテナ素子１２ａ、１２ｂが設けられる。上記絶縁基板１１は、側縁とアンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心との距離ｄが約０．５〜０．９λ０の範囲で大きさが設定される。また、上記アンテナ素子１２ａ、１２ｂとしては、例えば直径が１５ｍｍ程度の円形のパッチ素子が用いられ、素子間隔（中心間隔）Ｗは、約０．５λ０に設定される。なお、上記アンテナ素子１２ａ、１２ｂは、円形に限定されるものではなく、方形等、その他の形状に形成しても良い。
【００１２】
上記絶縁基板１１の他方の面（下側面）には、上記絶縁基板１１と同形の給電用絶縁基板１３が積層して設けられる。この給電用絶縁基板１３の一方の面、すなわち絶縁基板１１に対向する面には、アンテナ素子１２ａ、１２ｂに対応させて給電ライン１４ａ、１４ｂが例えばマイクロストリップラインにより形成される。上記給電ライン１４ａ、１４ｂは、例えば給電用絶縁基板１３に設けたスルーホール（図示せず）により他方の面に導出して給電端子に接続する。上記のように給電ライン１４ａ、１４ｂは、アンテナ素子１２ａ、１２ｂに対して所定の間隔を保って対向配置し、電磁結合により給電する。
【００１３】
また、上記給電用絶縁基板１３の他方の面には、厚さが１〜２ｍｍ程度の金属板を使用した例えば方形状のグランド板１５が上記給電端部を除いて設けられる。このグランド板１５は、例えば左右の両側縁が絶縁基板１１、１３より幅Ｌａ分だけ大きく、すなわち、両側縁と各アンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心との距離Ｌがそれぞれ約１〜１．５λ０になるように設定される。
【００１４】
上記のようにグランド板１５を絶縁基板１１、１３の両側縁より側方に突出させて形成し、グランド板１５の両側縁と各アンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心との距離Ｌをそれぞれ約１〜１．５λ０の範囲で設定することにより、アンテナ素子１２ａ、１２ｂの直接波とグランド板１５の両側縁を経由する回折波が相互に作用し、両者の位相関係から電力半値幅を広げることができる。
【００１５】
図３は、上記グランド板付アンテナ１０において、送受信周波数を５．８ＧＨｚ、アンテナ素子１２ａ、１２ｂの間隔Ｗを２６ｍｍ（＝０．５λ０）、アンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心と絶縁基板１１、１３の両側縁までの距離ｄを４７ｍｍ（＝０．９１λ０）とし、絶縁基板１１、１３の側縁からグランド板１５の側縁までの距離Ｌａを「０ｍｍ」、「１０ｍｍ」、「２０ｍｍ」に変化させた場合の電力半値幅を測定して示したものである。
【００１６】
絶縁基板１１、１３の側縁からグランド板１５の側縁までの距離Ｌａが「０ｍｍ」のときの電力半値幅は「３６°」、距離Ｌａが「１０ｍｍ」のときの電力半値幅は「４２°」、距離Ｌａが「２０ｍｍ」のときの電力半値幅は「４９°」であった。
【００１７】
上記絶縁基板１１、１３の側縁からグランド板１５の側縁までの距離Ｌａが「２０ｍｍ」のとき、アンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心とグランド板１５の両側縁までの距離Ｌは約１．３λ０であり、仕様の電力半値幅４５°以上を達成することができた。
【００１８】
なお、上記実施形態において、絶縁基板１１、１３よりグランド板１５を大きく設定する場合、グランド板１５は絶縁基板１１、１３と同じ大きさとし、グランド板１５に対して別体の接地板を付加することにより、所定の大きさとなるようにしても良い。
【００１９】
また、上記第１実施形態では、絶縁基板１１の上側面にアンテナ素子１２ａ、１２ｂを構成した場合について示したが、絶縁基板１１の下側面、すなわち、給電ライン１４ａ、１４ｂと対向する面に形成しても良い。この場合、絶縁基板１１と給電用絶縁基板１３との間に例えば１ｍｍ程度のスペーサを介在させて両者をネジにより固定し、アンテナ素子１２ａ、１２ｂと給電ライン１４ａ、１４ｂとの間に所定の空隙が形成されるようにする。
【００２０】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図４は本発明の第２実施形態に係るグランド板付アンテナ１０の平面図、図５は同アンテナ１０の側面図である。この第２実施形態に係るグランド板付アンテナ１０は、軸比の劣化を防止することを目的とし、図４及び図５に示すように、一方のアンテナ素子１２ａの中心からグランド板１５の側縁までの距離Ｌ１と、他方のアンテナ素子１２ｂの中心からグランド板１５の側縁までの距離Ｌ２との距離差が約０．５λ０となるように設定している。その他の構成は、第１実施形態と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００２１】
２素子アンテナにおける正面方向の軸比が劣化する原因としては、アンテナ素子１２ａ、１２ｂからの直接波とグランド板１５の側縁からの回折波が加わることによる。
【００２２】
そこで、第２実施形態では、グランド板１５の左側側縁からの回折波と右側側縁からの回折波の距離差を約０．５λ０に設定し、左右両側縁からの回折波の位相差を１８０°として相互に打ち消し合わせ、結果的に正面方向の軸比をアンテナ素子１２ａ、１２ｂのみの特性としている。
【００２３】
上記のように一方のアンテナ素子１２ａの中心からグランド板１５の側縁までの距離Ｌ１と、他方のアンテナ素子１２ｂの中心からグランド板１５の側縁までの距離Ｌ２との距離差を約０．５λ０に設定することにより、２素子アンテナの軸比を良好に保つことができる。
【００２４】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。
図６は本発明の第３実施形態に係るグランド板付アレーアンテナ２０の平面図である。この第３実施形態に係るグランド板付アレーアンテナ２０は、上記第１実施形態あるいは第２実施形態に示したグランド板付アンテナ１０をアレー配置したもので、円偏波用として構成している。各アンテナ素子１２ａ、１２ｂに対して設けた給電ライン１４ａ、１４ｂは、例えばマイクロストリップラインにより接続し、給電用絶縁基板１３のほぼ中央部に設けたスルーホール（図示せず）により他方の面に導出して給電端子２１に接続する。
【００２５】
この第３実施形態に係るグランド板付アレーアンテナ２０では、アンテナ素子１２ａ、１２ｂの中心とグランド板１５の両側縁との距離Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ約１〜１．５λ０に設定することにより、第１実施形態と同様に電力半値幅を広げることができ、且つ、アンテナ利得を向上することができる。
【００２６】
また、上記グランド板付アレーアンテナ２０において、一方のアンテナ素子１２ａの中心からグランド板１５の側縁までの距離Ｌ１と、他方のアンテナ素子１２ｂの中心からグランド板１５の側縁までの距離Ｌ２との距離差を約０．５λ０に設定することにより、第３実施形態で示したように正面方向の軸比を良好に保つことができ、且つ、アンテナ利得を向上することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、グランド板付の２素子アンテナにおいて、各アンテナ素子の中心とグランド板の両側縁との距離をそれぞれ約１〜１．５λ０に設定することにより、電力半値幅を広げることができる。
また、グランド板付の２素子アンテナにおいて、一方のアンテナ素子の中心からグランド板の側縁までの距離と、他方のアンテナ素子の中心からグランド板の側縁までの距離との差を約０．５λ０に設定することにより、正面方向の軸比を良好に保つことができる。
更に、上記グランド板付の２素子アンテナをアレー配置することによって、電力半値幅を広げ、あるいは正面方向の軸比を良好にしてアンテナ利得を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るグランド板付アンテナの平面図。
【図２】同実施形態におけるグランド板付アンテナの側面図。
【図３】同実施形態におけるグランド板付アンテナにおいて、絶縁基板の側縁からグランド板の側縁までの距離を変化させた場合の電力半値幅の測定値を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態に係るグランド板付アンテナの平面図。
【図５】同実施形態に係るグランド板付アンテナの側面図。
【図６】本発明の第３実施形態に係るグランド板付アレーアンテナの平面図。
【符号の説明】
１０…グランド板付アンテナ
１１…絶縁基板
１２ａ、１２ｂ…アンテナ素子
１３…給電用絶縁基板
１４ａ、１４ｂ…給電ライン
１５…グランド板
２０…グランド板付アレーアンテナ
２１…給電端子
【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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