(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を水平面に対して垂直に設置された誘電体基板と、
上記基板の一方の面に基板長手方向に伸びるマイクロストリップ線路からなる先端開放線と、上記先端開放線の両側に平行に、かつ基板長手方向に間隔空けて上記基板に形成されたマイクロストリップ線路からなる複数本のアンテナ素子と、
前記複数本のアンテナ素子と上記先端開放線を接続しマイクロストリップ線路からなる給電線とを備える基板型アンテナにおいて、
上記基板に対し水平面上で所望の指向角を得るように所定の傾斜角を持たせ、長手方向を水平面に対して垂直に設置された反射板と
を備え、
上記基板と上記反射板は、上記傾斜角を一定のまま、上記反射板の幅方向の向きに相対的に移動自在とされ、
上記基板は、上記反射板の反射面側に設置され、
上記アンテナ素子は電気長１／２λ（λ：使用波長）の長さを有し、上記基板型アンテナの寸法要素を（１）上記給電線の長さ、（２）基板長手方向に隣接する２本の給電線間の間隔、（３）基板長手方向に隣接する２本のアンテナ素子間の間隔として、上記寸法要素のうち少なくとも１つを、無指向性が得られる寸法要素から逸脱させて楕円指向性を得るべく、使用波長の整数倍或いは整数分の整数倍とは異なる値にすると共に、
上記基板と上記反射板の相対移動により上記反射板の幅方向における上記基板の一端と上記反射板の一端の距離の変化に応じて上記アンテナ素子からの水平面上の指向性の向きが所定の角度に変更されることを特徴とする基板型アンテナ。
【請求項２】
上記基板に対し上記所定の傾斜角とは異なる傾斜角を持たせた第２の反射板を上記反射板と一体に設けたことを特徴とする請求項１記載の基板型アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信の基地局アンテナなどに用いる基板型アンテナに係り、特に、小型かつ簡単な構成で走査可能な基板型アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水平面に対して垂直に起立させた基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナにより、比較的広帯域にわたり無指向性（水平面での無指向性）を得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、有限幅の指向性を有するアンテナを用い、その指向性の向き（ビーム方向）を所望の角度に段階的或いは連続的に変更（走査）する技術が知られている。例えば、特許文献２には、アンテナを機械的に動かして指向性を走査する装置が記載されている。また、特許文献３には、アレイアンテナを構成する個々の素子アンテナの電気的条件を変化させて電子的に指向性を走査する装置が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１９１５号公報
【特許文献２】特開平２−３３２０２号公報
【特許文献３】特開平７−１８３７１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子的走査アンテナは、指向性を瞬時に切り替えられるという利点がある反面、複数列の素子アンテナが必要であると共に、各素子アンテナ列の位相量を変化させる複数の可変移相器や素子アンテナ列を個別に選択するスイッチなどが必要であるため、装置構成及び制御が複雑になる。
【０００６】
機械的走査アンテナは、一般的には、一次放射器の開口部がパラボラ反射器の焦点位置にあって、一次放射器とパラボラ反射器の相対的位置関係が一定のまま３６０°回転走査させる場合や、パラボラ反射器を固定させ、一次放射器の開口部の焦点付近で偏位給電することにより、扇型にビームを走査させる場合などがあるが、一次放射器やパラボラ反射器が必要であるため装置構成が複雑かつ大型となる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡単な構成で走査可能な基板型アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、長手方向を水平面に対して垂直に設置された誘電体基板と、上記基板の一方の面に基板長手方向に伸びるマイクロストリップ線路からなる先端開放線と、上記先端開放線の両側に平行に、かつ基板長手方向に間隔空けて上記基板に形成されたマイクロストリップ線路からなる複数本のアンテナ素子と、前記複数本のアンテナ素子と上記先端開放線を接続しマイクロストリップ線路からなる給電線とを備える基板型アンテナにおいて、上記基板に対し水平面上で所望の指向角を得るように所定の傾斜角を持たせ、長手方向を水平面に対して垂直に設置された反射板とを備え、上記基板と上記反射板は、上記傾斜角を一定のまま、上記反射板の幅方向の向きに相対的に移動自在とされ、上記基板は、上記反射板の反射面側に設置され、上記アンテナ素子は電気長１／２λ（λ：使用波長）の長さを有し、上記基板型アンテナの寸法要素を（１）上記給電線の長さ、（２）基板長手方向に隣接する２本の給電線間の間隔、（３）基板長手方向に隣接する２本のアンテナ素子間の間隔として、上記寸法要素のうち少なくとも１つを、無指向性が得られる寸法要素から逸脱させて楕円指向性を得るべく、使用波長の整数倍或いは整数分の整数倍とは異なる値にすると共に、上記基板と上記反射板の相対移動により上記反射板の幅方向における上記基板の一端と上記反射板の一端の距離の変化に応じて上記アンテナ素子からの水平面上の指向性の向きが所定の角度に変更されることを特徴とする基板型アンテナである。
【０００９】
上記基板に対し上記所定の傾斜角とは異なる傾斜角を持たせた第２の反射板を上記反射板と一体に設けてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１２】
（１）基板と反射板との距離を変化させるだけで指向性を走査することができるので、アンテナの構成を単純にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、本発明に係るアンテナ１には、基板２の一方の面に基板２の長手方向に伸びるマイクロストリップ線路からなる給電線３（３は先端開放線ともいう）と、マイクロストリップ線路からなるアンテナ素子５と、給電線３とアンテナ素子５とを接続するマイクロストリップ線路からなる給電線４とが形成され、基板２の他方の面に接地導体１０が形成された基板型アンテナを用いる。アンテナ素子５は、長手方向に電気長１／２λ（λ：使用波長）の長さを有する。また、接地導体１０は給電線３の裏側に位置し、図示しない外部の送受信器から基板まで給電するための同軸ケーブル９が接地導体１０に沿わせて設けられている。なお、本実施形態の基板型アンテナは、アンテナ素子５が形成された面の反対面の前記アンテナ素子５に対応する位置に無給電素子９を設けているが、アンテナ素子５と同一面上でアンテナ素子５と平行になるように配置することも可能である。
【００１５】
図中ｚ軸で示した方向が水平面に対して垂直な方向である。即ち、この基板２は基板２の長手方向を水平面に対して垂直に設置される。この基板型アンテナ１の指向性を決定付ける給電線４及びアンテナ素子５の寸法要素としては、給電線４の長さ（先端開放線３とアンテナ素子５の間隔）、基板２の長手方向に隣接する２本の給電線４の先端開放線３上での距離（基板２の長手方向に隣接する２本のアンテナ素子５の間隔）などがあるが、これらの寸法要素は使用波長λの整数倍或いは簡単な整数分の整数倍とすることにより、水平面上で無指向性（円形指向性）が得られる。詳しくは特許文献１に記載のとおりである。この円形指向性の一例を図３に示す。０°（図１のｘ軸方向）の利得に対して±１８０°（図１のｘ軸反対方向）の利得は若干小さいが実験誤差の程度である。
【００１６】
本実施形態では、上記無指向性が得られる寸法要素からわざと逸脱させ、例えば、使用波長λから単純に得られない値（つまり、使用波長λの整数倍或いは簡単な整数分の整数倍とは異なる値）を使用して、水平面上で楕円形指向性が得られる寸法要素を採用している。例えば、基板２の長手方向に互いに隣接する２つのアンテナ素子５，５の間隔を変化させる。このようにして得られた楕円形指向性の一例を図４に示す。図示のように０°（図１のｘ軸方向）の利得に対して±１８０°の利得は１ｄＢ程度小さく±９０°（図１のｙ軸方向）の利得は４ｄＢ程度小さい。
【００１７】
図１、図２に戻り、本発明に係るアンテナ１は、基板２に対し水平面上で所定の傾斜角を持たせて反射板６を設置し、この反射板６を上記傾斜角のまま基板２に対し相対的に移動自在に構成したものである。この実施形態では、傾斜角αは４５°としたが、所望の指向性を得るために何度に設定してもよい。
【００１８】
いま反射板６は、初期位置にあるものとする。
【００１９】
反射板６は、基板２から適宜に離して設置してある。アンテナ素子５から反射板６までのｘ軸方向の距離は、図５の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板６のｙ軸方向の幅は、図５の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板６のｚ軸方向の長さは基板２のｚ軸方向の長さとほぼ同等にする。なお、図１では、アンテナ素子５をｚ軸方向に４段だけ示したが実際には４段より多段あるいは少段に設けてもよい。
【００２０】
図５に、図１のアンテナの傾斜角αを９０°、即ち、反射板６が基板２に対し直角としたときの水平面上指向性を示す。図示のように、０°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。利得が最大となる約０°の利得を基準に−３ｄＢとなる角度を見ると、約±８０°である。即ち、１６０°の指向角が得られている。
【００２１】
図６に、図１の基板型アンテナの傾斜角αを０°、即ち、反射板６が基板２に対し平行としたときの水平面上指向性を示す。図示のように、０°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。利得が最大となる約０°の利得を基準に−３ｄＢとなる角度を見ると、±４５°である。即ち、９０°の指向角が得られている。
【００２２】
図１、図２に示したアンテナ１は、基板２と反射板６とのなす傾斜角αを９０°と０°の中間である４５°にしたものである。このように基板２に対する反射板６の傾斜角αは、３６０°中の任意の値にすることができ、この傾斜角αによって得られる指向性が異なる。図７に、図１のアンテナの傾斜角αを４５°としたときの水平面上指向性を示す。図示のように、利得が最大となる角度が約１０°にずれており、−３ｄＢとなる角度も−４０°及び＋７０°となり、指向性が全体的に＋角度側に寄っていることが分かる。
【００２３】
次に、図１、図２に示したアンテナ１において基板２の一端と反射板６とのｙ軸方向の距離をオフセットＳと呼ぶことにする。本発明では、反射板６を移動させることにより、オフセットＳを変化させる。図８は、図２に示したアンテナ１の反射板６を移動させた状態を示す。図２では基板２の幅方向中央と反射板６の幅方向中央とがｙ軸の同一位置にあったが、図８では基板２が相対的にｙ軸のマイナス方向に移動し、オフセットＳは小さくなっている。なお、基板２と反射板６とは相対的に移動すればよいが、基板２には同軸給電線７が添えて配線されているので動かしにくいこと及び基板２を原点として指向性を比較することから、ここでは反射板６のほうを移動させることにした。
【００２４】
図８の状態に対応する水平面上指向性を図９に示す。図示のように、利得が最大となる角度が約３０°にずれており、図７に比べ指向性が全体的に＋角度側に寄っていることが分かる。このように、オフセットＳを図２から図８のように変化させるだけで、指向性を走査することができる。
【００２５】
次に、図１０に示したアンテナ１ａは、図８のアンテナ１に別の第２の反射板８を付加したものである。反射板８は、基板２に対し水平面上で反射板６の傾斜角αとは異なる傾斜角を持たせる。ここでは、反射板８は反射板６に対して角度βをつけることで基板２に対する傾斜角を異ならせている。反射板８は、反射板６と一体的に設け、反射板６と一緒に移動させる。
【００２６】
図１１に、図１０のアンテナ１ａの水平面上指向性を示す。図示のように、利得が最大となる角度が約３０°である点は図９と変わらないが、図９で−６０°に見られたサイドローブが図１１では解消されている。
【００２７】
図１２に示したアンテナ１ｂは、図８のアンテナ１に別の反射板８を付加したものである。図１０とは、反射板８と反射板６との角度βが異なり、ここでは９０°である。
【００２８】
図１３に、図１２のアンテナ１ｂの水平面上指向性を示す。図示のように、利得が最大となる角度が約３０°である点は図９、図１１と変わらないが、図１３ではサイドローブがより解消され、−３ｄＢとなる角度が０°及び＋６０°という理想的なプロファイルが得られている。
【００２９】
これまでの説明から分かるように、本発明では、基板２と反射板６との距離であるオフセットＳを変化させるだけで、指向性を走査することができる。反射板６の移動は段階的でも連続的でもよい。反射板６（或いは反射板８と反射板６）を適宜な距離だけ移動させれば所望の向きの指向性、例えば、図１４に示すような、利得が最大となる角度が−４５°となる指向性を実現させることができる。従来の機械的走査アンテナと違って放射器を含むアンテナ全体を動かさなくてよいし、電子的走査アンテナと違って複雑な回路素子を付加する必要がない。しかも、反射板６は１軸方向に移動させるだけでよいので、移動機構も単純に構成することができる。即ち、本発明によれば、走査可能な基板型アンテナを小型かつ簡易な構成で安価に製造できる。
【００３０】
反射板６や反射板８の大きさは、指向性のプロファイルを鑑みて適宜に調整すればよい。例えば、図１５に示したアンテナ１ｃは、図１２に示したアンテナ１ｂに比べると、反射板６の幅は狭く、反射板８の幅は広い。
【００３１】
また、反射板８は反射板６の両端に付けてもよい。図１６に示したアンテナ１ｄは、基板２に対して傾斜角αの反射板６の両端にそれぞれ角度β＝９０°で反射板８，８´を設けたものである。このように、反射板８を複数設けるときには、各々の反射板８，８´のサイズを異ならせてもよい。
【００３２】
次に、反射板を移動させる機構の実施形態を説明する。
【００３３】
図１７に示されるように、反射板６には、この反射板６の移動方向に並ぶ複数の歯１７１を設ける。この歯１７１に噛み合わせたギア１７２を設け、このギア１７２を図示しないモータ等の駆動装置で回転させることにより、反射板６を移動させ、オフセットＳを変化させることができる。なお、歯１７１は、直接反射板６に形成せずとも、反射板６と一体化した移動子に形成してもよい。ギア１７２はボールギアであってもよい。
【００３４】
図１７に示した構成を用いずとも、反射板６を傾斜角αのまま基板２に対し相対的に移動自在にする機構であれば、本発明は実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を示す基板型アンテナの斜視図である。
【図２】図１の基板型アンテナの平面図である。
【図３】基板型アンテナ（本発明の反射板がない状態）から得られる円形指向性を示す特性図である。
【図４】基板型アンテナ（本発明の反射板がない状態）から得られる楕円形指向性を示す特性図である。
【図５】図１のアンテナの傾斜角αを９０°としたときの水平面上指向性を示す特性図である。
【図６】図１のアンテナの傾斜角αを０°としたときの水平面上指向性を示す特性図である。
【図７】図１のアンテナの傾斜角αを４５°としたときの水平面上指向性を示す特性図である。
【図８】図２のアンテナの反射板を移動させた状態を示す平面図である。
【図９】図８のアンテナの水平面上指向性を示す特性図である。
【図１０】本発明の一実施形態を示す基板型アンテナの平面図である。
【図１１】図１０のアンテナの水平面上指向性を示す特性図である。
【図１２】本発明の一実施形態を示す基板型アンテナの平面図である。
【図１３】図１３のアンテナの水平面上指向性を示す特性図である。
【図１４】所望の向きの指向性を示した特性図である。
【図１５】本発明の一実施形態を示す基板型アンテナの平面図である。
【図１６】本発明の一実施形態を示す基板型アンテナの平面図である。
【図１７】本発明の一実施形態を示す基板型アンテナの平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  アンテナ
２  基板
３  給電線
４  給電線
５  アンテナ素子
６  反射板
７  同軸給電線
８  反射板（第２の反射板）
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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