(57)【要約】【課題】従来に比してアンテナ素子の利得を増大させる。【解決手段】誘電体基板に導体パターン５、６形成して作成されるアンテナにおいて、マイクロストリップ線路９で無線通信波を伝送し、電力分配器１０で２系統に分配する。さらに電力分配器１０で分配された無線通信波を平行線路１１、１２で伝送し、１対のスロット７、８より送出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板に導体パターンを形成して作成されるアンテナであって、
無線通信波を伝送するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路で伝送された無線通信波を２系統に分配する電力分配器と、
前記電力分配器で分配された前記無線通信波を伝送する平行線路と、
前記平行線路により伝送される前記無線通信波を送出する１対のスロットとを備える
アンテナ。
【請求項２】
前記電力分配器による分配の箇所から前記スロットまでの距離が、λｇ／１０以下である
請求項１に記載のアンテナ。
但し、λｇは、前記無線通信波の基板上での実効波長である。
【請求項３】
前記平行線路の間隔が、λｇ／５以下である
請求項１又は請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記１対のスロットのスロット長が異なる長さに設定された
請求項１、請求項２又は請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記誘電体基板の１方の側の面に、前記無線通信波の反射板が設けられた
請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
請求項１、請求項２、又は請求項３に記載のアンテナによるアンテナ素子が、アレイ状に配置された
アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波無線通信、ミリ波無線通信に利用するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広帯域な信号を無線伝送するための手段として、マイクロ波、ミリ波を利用した広帯域無線伝送システムが注目されている。特にミリ波帯は、波長が短いことから機器の小型化が可能である。従ってミリ波帯は、低コストで大容量伝送することが可能な無線システムとして、多様な利用形態が期待されている。
【０００３】
このような無線通信システムにおいて、アンテナから送信された無線通信波は、通信路上で多重反射し、その結果、受信側では伝送損失と多重干渉波とによる伝送品質の劣化が起こる。その対策としては、干渉波を少なくすると共に回路設計のマージンを増大させるための高利得アンテナの利用が有効となる。
【０００４】
このため従来、高利得アンテナが種々に検討されている。ここでこの種の高利得アンテナとして、マイクロ波帯では、例えばダイポールアンテナを半波長の間隔で順次配置したアレイアンテナが実用化されている。またミリ波帯では、スロットを設けた矩形導波管を、同一平面上に平行に多数配置した導波管スロットアレイアンテナが実用化されている。
【０００５】
これらのアレイアンテナにおいて、アンテナ素子は、アンテナ素子間の相互結合の影響を低減するために、半波長の間隔で順次配置される。
【０００６】
このようなアレイアンテナに関して、特開２００８−２４４５２０号公報には、マイクロストリップアレイアンテナに関する工夫が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２４４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところでアレイアンテナは、アンテナ素子数の増大により利得を増大させることができる。しかしながらアンテナ素子数を増大させると、アレイアンテナは、全体形状が大型化する。従って個々のアンテナ素子の利得を増大させることが望まれる。
【０００９】
そこで本発明は、従来に比してアンテナ素子の利得を増大させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）  誘電体基板に導体パターンを形成して作成されるアンテナであって、
無線通信波を伝送するマイクロストリップ線路と、
前記マイクロストリップ線路で伝送された無線通信波を２系統に分配する電力分配器と、
前記電力分配器で分配された前記無線通信波を伝送する平行線路と、
前記平行線路により伝送される前記無線通信波を送出する１対のスロットとを備えるようにする。
【００１１】
（１）によれば、マイクロストリップ線路を介して供給される無線通信波は、電力分配器で分配された後、それぞれ平行線路の１方を通って伝送され、スロットより同位相で送出される。従って１対のスロットについては、近接して配置することができ、また１つのスロットによる場合に比して、利得を向上することができる。従ってこのアンテナでは、従来に比して利得を増大させることができ、また形状を小型化することができる。
【００１２】
（２）  （１）において、前記電力分配器による分配の箇所から前記スロットまでの距離が、λｇ／１０以下であるようにする。但し、λｇは、前記無線通信波の基板上での実効波長である。
【００１３】
（２）によれば、スロットからの無線通信波の反射が低減され、効率良く給電することができる。
【００１４】
（３）  （１）又は（２）において、前記平行線路の間隔が、λｇ／５以下であるようにする。
【００１５】
（３）によれば、スロットからの無線通信波の反射が低減され、これにより効率良く給電することができる。
【００１６】
（４）  （１）、（２）、又は（３）において、前記１対のスロットのスロット長が異なる長さに設定される。
【００１７】
（４）によれば、使用可能な無線通信波の周波数が広帯域化される。
【００１８】
（５）  （１）、（２）、（３）又は（４）において、前記誘電体基板の１方の側の面に、前記無線通信波の反射板が設けられる。
【００１９】
（５）では、この１方の側に送出された無線通信波が反射板により他方の側に向かうように反射され、その結果、他方の側に放射させる無線通信波を増大させて利得を増大させることができる。
【００２０】
（６）  （１）、（２）、又は（３）に記載のアンテナによるアンテナ素子が、アレイ状に配置される。
【００２１】
（６）によれば、各アンテナ素子が小型、高利得であることから、小型、高利得のアレイアンテナを構成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、従来に比してアンテナ素子の利得を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るアンテナを示す斜視図である。
【図２】図１のアンテナの正面図である。
【図３】図１のアンテナの仰角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図４】図１のアンテナの方位角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図５】図１のアンテナのＳパラメータを示す特性曲線図である。
【図６】図１のアンテナにおいて、スロットと電力分配器との間の線路長を変化させた場合の仰角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図７】図１のアンテナにおいて、スロットと電力分配器との間の線路長を変化させた場合の方位角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図８】図１のアンテナにおいて、スロットと電力分配器との間の線路長を変化させた場合のＳパラメータを示す特性曲線図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係るアンテナを示す図である。
【図１０】図９のアンテナのＳパラメータを示す特性曲線図である。
【図１１】図９のアンテナの仰角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図１２】図９のアンテナの方位角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図１３】図９のアンテナにおいて、裏面パターンの長さを変化させた場合の仰角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係るアンテナを示す図である。
【図１５】図１４のアンテナの仰角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図１６】図１４のアンテナの方位角方向の指向性を示す特性曲線図である。
【図１７】図１４のアンテナのＳパラメータを示す特性曲線図である。
【図１８】本発明の第５の実施の形態に係るアンテナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスロットアンテナを示す斜視図である。このスロットアンテナ１は、アンテナ基板２の裏面に反射板３を配置して形成される。ここでスロットアンテナ１は、アンテナ基板２の表面側（図１においてｚ方向）にマイクロ波帯、又はサブマイクロ波帯による無線通信波を放射し、反射板３は、アンテナ基板２の裏面側に放射される無線通信波を正面方向に反射してスロットアンテナ１の利得を増大する。このため反射板３は、該当周波数帯域において電磁波を効率良く反射する部材により形成され、例えばこの実施の形態ではアルミニューム等による金属の板材により形成される。また反射板１は、反射した無線通信波が、アンテナ基板２から正面方向に放射される無線通信波と同位相となるように、アンテナ基板２の裏面から所定の間隔Ｄにより配置される。
【００２６】
アンテナ基板２は、板状の誘電体基板４の表側面及び裏面に表面側パターン５及び裏面側パターン６が形成される。ここで図２に示すように、表面側パターン５は、誘電体基板４、裏面側パターン６と共に、無線通信波の伝送路であるマイクロストリップ線路９、このマイクロストリップ線路９により伝送された無線通信波を等分に分配するテーパ付きの電力分配器１０、この電力分配器１０で分配された無線通信波をそれぞれ伝送する平行線路１１、１２を形成する。このため裏面側パターン６は、一定幅により誘電体基板４の周辺部から延長するように形成され、途中で二股に分岐した後、ほぼ平行に一定幅で延長するように形成される。また二股に分岐する箇所では、パターン幅を徐々に広げて二股に分岐し、これによりテーパ付きの電力分配器１０を形成する。
【００２７】
裏面側パターン６は、誘電体基板４の裏側面の全面を覆うように設けられ、パターニングにより、１対のスロット７、８が設けられる。ここでスロット７、８は、スロット長Ｌ１及びＬ２、スロット幅Ｗ１及びＷ２により矩形形状に形成される。このスロット７及び８は、それぞれ平行線路１１、１２により伝送された無線通信波を放射するように、それぞれ平行線路１１、１２から当該スロットアンテナ１の外周方向に延長するように設けられる。
【００２８】
これによりこのスロットアンテナ１では、マイクロストリップ線路９により無線通信波を伝送して電力分配器１０により２分配した後、それぞれ平行線路１１、１２により伝送してスロット７及び８から放射する。またスロット７及び８から放射された無線通信波のうち裏面側に放射された無線通信波については、反射板３により反射して正面方向に出射する。
【００２９】
ここでスロット７及び８は、平行線路１１、１２の延長方向にそれぞれ細長の方向が直交するように、また電力分配器１０からの距離が等しくなるように、形成される。これによりスロットアンテナ１は、スロット７及び８から放射される無線通信波が同位相となるように形成される。その結果、スロットアンテナ１は、スロット７及び８より放射される無線通信波がｚ方向で合成されて、１つのスロットによる場合に比して利得を約２倍に増大させることができる。
【００３０】
またこのようにスロット７、８から同位相により無線通信波が送出されることにより、スロットアンテナ１では、２つのスロット７、８間の距離である、平行線路１１、１２の間隔ｄを自由空間の半端長よりも小さくすることができ、これにより高い利得で小型のアンテナを構成することができる。またさらにこの間隔ｄの設定により、入射波に対する反射を小さくすることができる。
【００３１】
すなわち図３〜図５は、平行線路１１、１２間の間隔ｄを可変した場合の特性を示す特性曲線図である。これらのシミュレーションでは、スロット７、８を同一形状とし、スロット幅、スロット長をそれぞれ０．１〔ｍｍ〕、２〔ｍｍ〕とし、スロット７、８から平行線路１１、１２の開放端までの距離を０．８〔ｍｍ〕とした。またマイクロストリップ線路９の幅を０．２５〔ｍｍ〕とした。
【００３２】
図３は、平行線路１１、１２の間隔ｄを可変した場合の、仰角方向（図１においてｙ方向）の指向性を示す特性曲線図であり、９０度がスロットアンテナ１の正面方向である。また図４は、同様に間隔ｄを可変した場合の、方位角方向（図１においてｘ方向）の指向性を示す特性曲線図である。なおシミュレーションに供した周波数は、６０〔ＧＨｚ〕である。この図３及び図４によれば、間隔ｄによっては正面方向の利得は大きく変化しないことがわかるものの、指向性は、間隔ｄによって、若干、変化することが判る。
【００３３】
これに対して図５は、反射の特性をＳパラメータにより示す特性曲線図である。この図５のシミュレーション結果によれば、間隔ｄを小さくするに従って反射が小さくなり、この図５ではｄ＝０．２５［ｍｍ］で最も反射が小さくなる。従ってこの図５のシミュレーション結果より間隔ｄをλｇ／５以下として反射を充分に抑圧できることが判る。
【００３４】
またさらにこのスロットアンテナ１では、スロット７、８と電力分配器１０との間の線路長Ｌｘを変化させることによっても反射を小さくすることができる。
【００３５】
すなわち図６〜図８は、図３〜図５との対比により、スロット７、８と電力分配器１０との間の線路長Ｌｘを変化させた場合の特性を示す特性曲線図である。この図６〜図８に示す特性のシミュレーションにおいて、各部の寸法、シミュレーションの条件は、線路長Ｌｘを除いて、図３〜図５のシミュレーションと同一であり、間隔ｄは０．２５〔ｍｍ〕である。図６及び図７によれば、線路長Ｌｘを変化させた場合であっても、指向性の変化は殆ど無いことが判る。これに対して図８のシミュレーション結果によれば、線路長Ｌｘは０．１５［ｍｍ］で最も反射が小さくなり、これより増大させても、低減しても反射が増大することがわかる。しかしながら線路長Ｌｘが短い場合には、アンテナを小型化することができる。これにより線路長Ｌｘをλｇ／１０以下（この図８では０．１５〔ｍｍ〕以下）として、波長λの周波数帯域で反射を充分に抑圧し、アンテナを小型化することができる。
【００３６】
以上の構成によれば、無線通信波を等分に分配して同相により平行線路で伝送するようにして、この平行線路に接続された１対のスロットより無線通信波を放射することにより、アンテナ基板上に近接して形成された１対のスロットを同相で駆動して無線通信波を送出することができる。これによりスロットアンテナによるアンテナ素子に関して、従来に比して利得を増大させることができる。またこの１対のスロットを近接して配置することができることにより、形状を小型化することができる。
【００３７】
またさらにこのとき、平行線路の間隔をλｇ／５以下とすることにより、反射を充分に抑圧して効率良く給電することができる。
【００３８】
またさらにこのとき、スロットと電力分配器との間の線路長をλｇ／１０以下とすることによっても、反射を充分に抑圧して効率良く給電、更にアンテナを小型化することができる。
【００３９】
また反射板により裏面側に放射される無線通信波を反射し、利得を向上することができる。
【００４０】
〔第２の実施の形態〕
この実施の形態では、近接して配置したスロット７、８のスロット長Ｌ１、Ｌ２を異ならせ、これによりスロットアンテナ１を広帯域化する（図２参照）。この実施の形態では、このスロット長Ｌ１、Ｌ２に関する構成が異なる点を除いて、第１の実施の形態と同一に構成される。
【００４１】
この実施の形態では、２つのスロットのスロット長を異ならせることにより、広帯域化して、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
〔第３の実施の形態〕
図９は、本発明の第３の実施の形態に係るスロットアンテナを示す図である。このスロットアンテナ２２は、平行線路１１、１２の先端から一定の距離Ｌｇだけ遠ざかった箇所で、裏面側パターン６が途絶えるように形成される。このスロットアンテナ２２は、この裏面側パターン６に関する構成が異なる点を除いて、第１又は第２の実施の形態のスロットアンテナと同一に構成される。なおこの図９において、図１及び図２について上述したスロットアンテナと同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００４３】
すなわち種々に検討した結果によれば、平行線路１１、１２の延長方向に飛び出す裏面側パターンの長さＬｇによって、スロットアンテナ２２は種々に特性が変化し、この長さＬｇを１〔ｍｍ〕程度に設定して充分な特性を確保できることが判った。
【００４４】
すなわち図１０〜図１２は、図８、図６及び図７との対比により長さＬｇを可変した場合の特性の変化を示す図である。各部の寸法、シミュレーションの条件は、長さＬｇを除いて、図６及び図８のシミュレーションと同一である。この図１０によれば、長さＬｇにより反射が変化することがわかる。なお図１３は、長さＬｇに関する周波数の影響をシミュレーションした図である。この図において、破線は周波数６０〔ＧＨｚ〕におけるシミュレーション結果である。また実線によるＬｇ＝１．１は、周波数６３．５〔ＧＨｚ〕におけるシミュレーション結果であり、実線によるＬｇ＝１．５は、周波数６２．６〔ＧＨｚ〕におけるシミュレーション結果である。
【００４５】
この実施の形態では、平行線路の延長方向に飛び出す裏面側パターンの長さＬｇを１〔ｍｍ〕程度に設定することにより、充分な特性を確保することができる。
【００４６】
〔第４の実施の形態〕
図１４は、図２との対比により、本発明の第４の実施の形態に係るスロットアンテナ３２を示す図である。このスロットアンテナ３２は、マイクロストリップ線路９が途中で９０度折れ曲がり、平行線路１１、１２が横方向に延長するように形成され、スロット７、８が縦方向に直線状に配置される。このスロットアンテナ３２は、これらの点を除いて、上述の実施の形態に係るスロットアンテナと同一に構成される。なおこの図１４において、図１及び図２について上述したスロットアンテナと同一の構成は、対応する符号を付して示し、重複した説明は省略する。
【００４７】
このようにマイクロストリップ線路９を途中で９０度折り曲げて、スロット７、８を縦方向に延長するように形成しても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。またこの場合、マイクロストリップ線路９の根元側の延長方向と同一方向に、スロット７、８の延長方向を設定できることにより、アレイアンテナを構成する場合に、形状を小型化することができる。
【００４８】
なおこの場合、この９０度折れ曲がった箇所から電力分配器１０までの距離ＬＬによっては、指向性が劣化することにより、この距離ＬＬは、充分に小さくすることが好ましく、１／４波長以下の間隔とすることが望ましい。
【００４９】
すなわち図１５〜図１７は、図３〜図５との対比により、この距離の変化による特性の変化を示す図である。なお各部の寸法、シミュレーションの条件は、図６及び図８のシミュレーションと同一である。これにより折れ曲がった箇所からの距離ＬＬを長くすると、この距離ＬＬの部分の影響が指向性に現れることがわかる。
【００５０】
この実施の形態では、マイクロストリップ線路を途中で９０度折り曲げて、２つのスロットが縦方向に並ぶように形成しても、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。またこの場合、アレイアンテナを構成する場合に、形状を小型化することができる。
【００５１】
〔第５の実施の形態〕
図１８は、図１４との対比により本発明の第５の実施の形態に係るアレイアンテナ４１を示す図である。このアレイアンテナ４１は、第４の実施の形態に係るスロットアンテナ３２によるアンテナ素子３２Ａ〜３２Ｈが水平方向に順次一定の間隔で配置される。また無線通信波が、順次電力分配器により２分配されて、これらアンテナ素子３２Ａ〜３２Ｈに同位相で供給される。
【００５２】
この実施の形態では、第４の実施の形態に係るスロットアンテナ３２によるアンテナ素子３２Ａ〜３２Ｈを配置してアレイアンテナを構成することにより、従来に比して高利得で小型のアレイアンテナを得ることができる。
【００５３】
〔他の実施の形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施の形態の構成を種々に組み合わせることができ、また上述の実施の形態の構成を種々に変更することができる。
【００５４】
すなわち例えば上述の実施の形態では、スロットを作成した側である裏面側に反射板を配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上充分な特性を確保できる場合には、表面側に反射板を配置して、上述の実施の形態とは裏表逆にアンテナを構成してもよい。なおこの場合、裏面側に無線通信波を送出することになる。
【符号の説明】
【００５５】
１、２２、３２  スロットアンテナ
２  アンテナ基板
３  反射板
４  誘電体基板
５  表面側パターン
６  裏面側パターン
７、８  スロット
９  マイクロストリップ線路
１０  電力分配器
１１、１２  平行線路
３２Ａ〜３２Ｈ  アンテナ素子
４１  アレイアンテナ
【図１】
2013021553.tif 000003
【図２】
2013021553.tif 000004
【図３】
2013021553.tif 000005
【図４】
2013021553.tif 000006
【図５】
2013021553.tif 000007
【図６】
2013021553.tif 000008
【図７】
2013021553.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2013021553.tif 000013
【図１２】
2013021553.tif 000014
【図１３】
2013021553.tif 000015
【図１４】
2013021553.tif 000016
【図１５】
2013021553.tif 000017
【図１６】
2013021553.tif 000018
【図１７】
2013021553.tif 000019
【図１８】
2013021553.tif 000020