(57)【要約】【課題】グラウンドサイズを小型にした場合でもアンテナ装置の側方への放射レベルを向上させることができる平面アンテナ装置を提供する。【解決手段】誘電体基板１は背面にグラウンド２０１を有し、上面に３０１，３１０のパッチアンテナによるリニアアレーが構成される。リニアアレーはマイクロストリップ線路４により直列に接続され、パッチアンテナ３０１には給電手段５が構成される。また給電手段５の反対側の裏面にグラウンド（導体板）２０２がグラウンド２０１と直角に取り付けられる。給電手段５より給電した場合、パッチアンテナ３０１を介して複数のパッチアンテナ３１０が線路４により励振され、給電手段５からリニアアレーの列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がったビームが形成される。導体板２０２を取り付けることによって有限なグラウンド２０１による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。【選択図】図１
2005020367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、
前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、
前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナにより実現される通信用平面アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、平面アレーアンテナによる通信用平面アンテナ装置として、パッチ八木・宇田アンテナを用いた平面アンテナが挙げられる。図５に従来における平面アレーアンテナによる通信用平面アンテナ装置の構成を示す（特許文献１、非特許文献１）。
グラウンド２を背面に持つ誘電体基板１の上に２つのパッチアンテナ３０１，３０２を構成し、パッチアンテナ３０１，３０２の間にパッチアンテナ３０１，３０２より電気長の小さい無給電のパッチアンテナ素子群３２０を構成する。パッチアンテナ３０１は給電時以外は終端されるようになっている。パッチアンテナ３０２も同様の構造を持つ。パッチアンテナ３０１に給電すると、電磁結合により３２０の無給電パッチアンテナ素子群が励振される。これによってこのリニアアレーアンテナは、パッチアンテナ３０１を給電素子、無給電のパッチアンテナ素子群３２０を導波器とするパッチ八木・宇田アンテナとして動作する。よって、パッチアンテナ（給電素子）３０１からパッチアンテナ３０２の方向へ基板の面からやや上方に打ち上がった主ビームが得られる。一方、パッチアンテナ３０１からパッチアンテナ素子群３２０を介して伝わる進行波はアレー末端であるパッチアンテナ３０２に反射し、逆向きの進行波が生じ主ビームと反対側に高いバックローブが形成されるため、パッチアンテナ３０２を終端することによってこれを抑制し高いＦ／Ｂ（前後比）を持つ放射特性が得られる。また、パッチアンテナ３０２に給電した場合も同様に反対方向に主ビームを形成することが可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１４２９１９
【非特許文献１】
本間，吉良，堀，丸山、「導波素子共有パッチ八木・宇田アレーによる小型６セクタアンテナ」、信学技報、ＡＰ２００１−８１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有限なサイズの地板（グラウンド）を用いた平面アレーアンテナでは、主ビーム方向と基板面法線の角度が大きくなるにつれ、有限なグラウンドサイズの影響により側方の放射レベルが下がるという問題がある。そのため、側方の無線局と通信する場合は大きなグラウンドを用いるか、平面アレー単独では無くモノポールアンテナや複数の基板を用いた立体的な基板構成の採用が必要となり、アンテナ製造工程が複雑になる上、アンテナ体積が増加するという問題があった。
本発明は、小さなグラウンドサイズでも平面構成で実現可能でグラウンド側方への放射レベルを改善可能な、平面アレーアンテナを用いたアンテナ装置を実現するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、かつ該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に付加することによって、アンテナの指向性をアンテナ面側方にチルトした場合の側面の放射レベルを改善する。
また、本発明は、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に付加することによって、元々グラウンド面よりアンテナ素子側上方打ち上げられるアンテナの主ビームを側方に向けることが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は実施例１のアンテナ装置の構成を示し、本実施例は請求項１に係わる。
１の誘電体基板は背面に２０１のグラウンドを持ち、上面に３０１，３１０のパッチアンテナによるリニアアレーが構成される。リニアアレーはマイクロストリップ線路４により直列に接続される。パッチアンテナ３０１には給電手段５が構成される。またグラウンド２０１において給電手段５の反対側の裏面に２０２の導体板（グラウンド）が２０１と直角に取り付けられている。導体板の長さは少なくとも１／１０〜１０波長とする。
給電手段５より給電した場合、３０１のパッチアンテナ（給電素子）を介して３１０の複数のパッチアンテナが線路４により励振され、給電手段５からリニアアレーの列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がったビームが形成される。その際、導体板２０２を取り付けることによって有限なグラウンド２０１による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。よって、グラウンド端の下面に垂直に導体板を取り付けることによって、僅かな工程を付加するだけで側方（ｘ軸方向）への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【０００７】
図２は実施例２のアンテナ装置の構成を示す図であって、請求項２に係わる。
図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
１の誘電体基板は背面に２０１のグラウンドを持ち、上面に３０１の給電素子であるパッチアンテナが構成される。３０１には給電手段５が構成される。ここで素子の励振方向は図中ｘ軸方向である。給電素子に連なるパッチアンテナ素子群３２０は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、給電素子より電気長が小さく、ｘ軸方向の直線状に等間隔で整列している。１の誘電体基板は素子列の給電素子と反対方向が、背面側に折り曲げられており、折り曲げられたグラウンド２０２はグラウンド２０１に対し直角になっている。
パッチアンテナ３０１に給電を行った場合、本アンテナは３０１を給電素子、３２０を導波器としたパッチ八木・宇田アンテナとして動作し、給電素子から導波器の方向に主ビームを形成する。主ビームは列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がった方向に形成される。その際、グラウンドを折り曲げることによって有限なグラウンド２０１による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。よって、グラウンド端を下面に折り曲げることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【０００８】
図３は実施例２のアンテナ装置におけるφ＝０°（ｚｘ面）における円錐面放射パターンを計算したものである。
ここで、給電は３０１から行い、導体板（グラウンド）２０２の有無による放射特性の違いを求めた。ここで、素子の励振方向はアレー方向（ｘ軸方向）と平行であり、導体板２０２のｚ方向の幅は半波長とする。計算の結果、導体板を構成することによって、側方（θ＝９０°）方向のレベルが約３ｄＢ改善することが確認できる。以上の結果から、本構成によって、簡易な構成で側方のレベルが改善可能であることが確認できる。
【０００９】
図４は実施例３のアンテナ装置の構成を示す図であって、請求項２に係わる。図中同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
１の誘電体基板上面に３０１の給電素子であるパッチアンテナが構成される。３０１には給電手段（図中×印で示す場所）が構成される。給電素子に連なる３３０は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、給電素子より電気長が小さく直線状に等間隔で整列している。３０２〜３０６の給電されるパッチアンテナ素子も同様、それぞれに、３４０，３５０，３６０，３７０，３８０の素子列が連なる。また、２０３の円筒状の導体が１の誘電体基板グラウンドの下側に接続されている。
パッチアンテナ３０１に給電を行った場合、本アンテナは３０１を給電素子、無給電パッチアンテナ素子群３３０を導波器としたパッチ八木・宇田アンテナとして動作し、給電素子から導波器の方向に主ビームを形成する。主ビームは列方向よりやや上方向に打ち上った方向に形成される。その際、グラウンド（円筒状導体）２０３によってアンテナ側方への放射レベルを向上させることができる。また、３０１〜３０６のパッチアンテナ（給電素子）を切り替えることによって、６方向のビームが得られ、かつ全てのビームにおいて側方への放射レベルを向上させることができる。
よって、円筒状グラウンドを取り付けることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、グラウンド端の下面に垂直に導体板を取り付ける、またはグラウンド端を下側に折り曲げることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
請求項１の発明によれば、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層を付加することによって、アンテナの指向性をアンテナ面側方にチルトした場合の側面の放射レベルを改善する。またこれは、一枚の板状の導電性材料の端を下側に折り曲げることによっても実現できる。また、これは前記グラウンドに対しほぼ鉛直な面を有し、その面が導体板、または導電性材料層を貼り付けるまたは塗布されるような板状体と前記グラウンドを電気的に接続することによっても実現できるため、アンテナを取り付ける筐体を利用することもできる。これによって、面積の小さい導電性材料層をグラウンドとして用いた場合でも側方への放射レベルを向上することが可能であり、グラウンド端の下方にほぼ鉛直に導電性材料層を設けるという僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
グラウンド端の下方に導電性材料層を付加することによって、元々グラウンド面よりアンテナ素子側上方に打ち上げられるアンテナの主ビームを側方に向けることが可能となる。また、下方に導電性材料層を付加した形状は、新たな導電性材料層を用いる以外にも１枚の平板状のグラウンド端を下側に折り曲げるという手段によっても実現できる。また、これはグラウンドに対しほぼ鉛直な面を有し、その面を導体板により構成する、または誘電体基板に導電性材料層を貼り付けるあるいは導電性材料を塗布して、前記グラウンドを電気的に接続することによっても実現できるため、アンテナを取り付ける筐体を利用することができる。これによって、グラウンドサイズを小型化した場合でも側方への放射レベルを向上させることが可能であり、グラウンド端の下方にほぼ鉛直に導電性材料層を取り付けるという僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】実施例２のアンテナ装置の構成を示す図。
【図３】実施例２のアンテナ装置の指向性パターンを示す図。
【図４】実施例３のアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】従来の平面アレーアンテナの構成を示す構成図。
【符号の説明】
１          誘電体基板
２０１，２０２        グラウンド
３０１，３０２，３１０        パッチアンテナ
３２０        パッチアンテナ素子群
４    線路
５    給電手段
【図１】
2005020367.tif 000003
【図２】
2005020367.tif 000004
【図３】
2005020367.tif 000005
【図４】
2005020367.tif 000006
【図５】
2005020367.tif 000007