(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッチ状の放射素子と、その放射素子背部に誘電体層を介して向かい合うように配置したアース板体と、アース板体の背面から誘電体層を横切って放射素子の給電点に接続される給電線路とからなる平面アンテナであって、
放射素子の板厚を一定とする一方、アース板体を放射素子背部に向かい合う面が背面に対して傾斜するように所定の傾斜角で傾斜板状に形成し、
前記放射素子と前記アース板体とを、互いに向かい合う面が放射素子の給電点位置を通る放射素子の中心線方向に傾斜して非平行になるように配置し、
前記放射素子の放射面と前記アース板体の背面とを、正面方向と直交するように配置してなる平面アンテナ。
【請求項２】
パッチ状の無給電素子を、誘電体層を介して放射素子の放射面に平行に配置してなる請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
アース板体の前面に、放射素子を囲むように、凸状のアース壁体を少なくとも１基配設してなる請求項１または請求項２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
アース壁体を、放射素子の略全周を囲むように配設した内側アース壁体と、内側アース壁体の外側に同心状に配設した外側アース壁体とから構成してなる請求項３に記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線ＬＡＮ等の送受信に用いられる平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アース板に誘電体層を介してパッチ状の放射素子を平行に配置してなる所謂マイクロストリップアンテナは、その構造上、アンテナ全体を薄形に形成できる。このため、無線ＬＡＮ等の高い使用周波数帯域で用いられる送受信アンテナには、従来から、マイクロストリップアンテナをアンテナ部とし、アンテナ部をレドームで覆うことによって構成された平面アンテナが広く用いられている。
【０００３】
この従来の平面アンテナは、中心導体とその周りの螺合部とからなる同軸ケーブル接栓を背面に備え、同軸ケーブル接栓を介して同軸ケーブル等の給電線により給電されている。同軸ケーブルの外部導体は同軸ケーブル接栓の螺合部を介してアース板に接続され、一方同軸ケーブルの芯線は同軸ケーブル接栓の中心導体に接続されている。さらに同軸ケーブル接栓の中心導体は、アース板の挿通孔を抜けて背面から放射面側に突出し、空気からなる誘電体層を横切って放射素子の給電点にハンダ付けによって接続されている。このような従来の平面アンテナにあっては、同軸ケーブル接栓の中心導体が誘電体層を横切る部分に浮遊容量が生じるため、高い周波数帯域で本アンテナを使用した場合、その浮遊容量がアンテナの放射特性に悪影響を与えるおそれがあった。
【０００４】
図１０は、実際に従来の平面アンテナを無線ＬＡＮシステムの使用周波数帯域である２ＧＨｚ帯（中心周波数ｆ0＝２．４５ＧＨｚ）で使用可能に形成した場合の、垂直偏波垂直面指向性を示す指向性特性図である。本図から、従来の平面アンテナでは、指向性のピーク位置Ｐ２（黒丸で図示）が、アンテナの正面方向（放射素子面の垂直方向）に対して略３°のチルト角θ２で上側に傾いた方向（アンテナ放射方向）にずれて生じてしまうことがわかる。この従来の平面アンテナによれば、放射方向が正面方向に対して異なる方向に生ずるため指向性特性が上下対称にならず、正面方向に配置した送受信機器に対する放射特性が劣化してしまう問題点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした問題に鑑み、本発明は、指向性特性のピーク位置を補正でき、正面方向の放射特性を改善することができる平面アンテナの実現を課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による平面アンテナは、パッチ状の放射素子と、その放射素子背部に誘電体層を介して向かい合うように配置したアース板体と、アース板体の背面から誘電体層を横切って放射素子の給電点に接続される給電線路とからなる平面アンテナであって、
放射素子の板厚を一定とする一方、アース板体を放射素子背部に向かい合う面が背面に対して傾斜するように所定の傾斜角で傾斜板状に形成し、前記放射素子と前記アース板体とを、互いに向かい合う面が放射素子の給電点位置を通る放射素子の中心線方向に傾斜して非平行になるように配置し、前記放射素子の放射面と前記アース板体の背面とを、正面方向と直交するように配置して構成される。
【０００８】
請求項２の発明による平面アンテナは、パッチ状の無給電素子を、誘電体層を介して放射素子の放射面に平行に配置して構成される。
【０００９】
請求項３の発明による平面アンテナは、アース板体の前面に、放射素子を囲むように、凸状のアース壁体を少なくとも１基配設して構成される。
【００１０】
請求項４の発明による平面アンテナは、アース壁体を、放射素子の略全周を囲むように配設した内側アース壁体と、内側アース壁体の外側に同心状に配設した外側アース壁体とから構成される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る平面アンテナの第１実施形態を示す。図１（ａ）は本平面アンテナ１ａの正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線要部断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線要部断面図である。本平面アンテナ１ａは、無線ＬＡＮ等における使用周波数２．４ＧＨｚ帯で直線偏波を送受信可能に形成されたアンテナ部１０と、そのアンテナ部１０の放射面側全体を覆うように形成した合成樹脂製のレドーム２０とから構成されている。
【００１４】
アンテナ部１０は、略正方形状に形成したアース板体１１と、そのアース板体１１上の表面に設けた凸状のアース壁体１２と、使用波長λの略０．５倍の長さＬ１の正方形板状に形成した放射素子１３と、長方形板状に形成した無給電素子１９とから構成されている。パッチ状の放射素子１３は、例えば亜鉛メッキ等で表面処理された鉄等の導電材からなる薄板状に形成され、本平面アンテナ１ａの正面方向と直交するように配置されている。放射素子１３の背部には、長さＬ２のスペーサ１４ａを介して、アース板体１１が放射素子１３と向かい合うように配置されている。アース板体１１は、上辺部から下辺部へその板厚が増すように、例えばダイカスト用アルミニウム合金等の導電材によって形成されている。アース板体１１は略４°の傾斜角θ１で傾斜板状に形成され、アース板体１１の背面は正面方向に対して直交するように配置されている。
【００１５】
スペーサ１４ａは、アース板体１１の中央部から正面方向と一致するように突設され、放射素子１３とその向かい合うアース板体１１とを、互いに向かい合う面が放射素子１３の給電点位置を通る中心線方向に略４°の傾斜角θ１で傾斜して非平行になるように配置すると共に、アース板体１１と放射素子１３との間に層幅Ｌ２の空気を誘電体とする第１誘電体層１５ａを形成している。さらにスペーサ１４ａは、アース板体１１と放射素子１３との各辺が平行になるように、放射素子１３の中央部を固着している。
【００１６】
放射素子１３の放射面には、無給電素子１９が、その放射面の中央部から正面方向に突設した長さＬ６のスペーサ１４ｂを介して、正面方向と直交するように配置されている。無給電素子１９の形状寸法は、短辺が使用波長λの略０．４倍の長さＬ７、長辺が使用波長λの略０．５倍の長さＬ８に設定されている。また無給電素子１９は、放射素子１３と同様に、例えば亜鉛メッキ等で表面処理された鉄等の導電材によって薄板状、すなわちパッチ状に形成されている。スペーサ１４ｂは、放射素子１３と無給電素子１９とを平行に配置すると共に、放射素子１３と無給電素子１９との間に層幅Ｌ６の空気を誘電体とした第２誘電体層１５ｂを形成している。また、スペーサ１４ｂは、放射素子１３と横長の無給電素子１９との各辺が平行になるように、無給電素子１９の中央部をネジ１７により固着している。
【００１７】
さらにアース板体１１上には、その前面側に放射素子１３の周端縁から側方に略全周にわたって放射素子１３を囲むように板状のアース壁体１２が突設されている。アース壁体１２は、例えばダイカスト用アルミニウム合金等の導電材により形成され、金型による成形等の接続手段により、アース板体１１に一体的に接続されている。アース壁体１２は、内側アース壁体１２ａと外側アース壁体１２ｂとの２基で構成されている。内側アース壁体１２ａは、放射素子１３の周端縁から距離Ｌ３の間隔をおいて放射素子１３と同心状に配設されている。外側アース壁体１２ｂは、内側アース壁体１２ａから外側に距離Ｌ４の間隔をおいて内側アース壁体１２ａと同心状に配設されると共にアース板体１１の周端辺に沿って配設されている。また内側アース壁体１２ａ及び外側アース壁体１２ｂは、両壁体共にアース板体１１から高さＨ１で正面方向に突設されている。
【００１８】
また、アース板体１１の背面には、アンテナ支柱等と本アンテナ１ａとを固定するための取付金具２５が設けられている。その取付金具２５の下方には、給電線路として例えば同軸ケーブル（図示略）が接続されるＦ型の同軸ケーブル接栓２６が突設されている。同軸ケーブル接栓２６の外部導体２６ｂは、アース板体１１に金型による一体成形やネジによる螺着等の接続手段により接続されている。また同軸ケーブル接栓２６の中心導体２６ａは、外部導体２６ｂ及び内部絶縁体２６ｃと同軸位置に設けられたアース板体１１の貫通孔２７を貫通し、内部絶縁体２６ｃに被覆された状態で第１誘電体層１５ａを横切って、その貫通した中心導体２６ａの先端部が放射素子１３の所定の給電点２１の位置にハンダ付け等の接続手段により接続されている。
【００１９】
放射素子１３に規定される給電点２１の位置は、本平面アンテナ１ａが垂直偏波を放射可能な位置に規定されている。すなわち、平面アンテナ１ａの正面方向を水平に向けた状態において、アンテナ周囲の４辺は夫々水平方向及び垂直方向に向けて配置され、給電点２１は放射素子１３の垂直方向の中心線上かつ放射素子１３の中央よりも下方の位置に規定されている。
【００２０】
上記構成の平面アンテナ１ａは、アース板体１１の正面側全体をアース壁体１２と放射素子１３と無給電素子１９とを含めてレドーム２０で覆ってなり、アース板体１１の背面を露出した状態で構成される。レドーム２０は、外側アース壁体１２ｂの外周面と密着してアース板体１１に装着される。平面アンテナ１ａの設置形態としては、アンテナ正面方向を相手方の送信或いは受信アンテナに向けた状態で、屋外或いは屋内環境下のアンテナ支柱等の支持部材に取付金具２５を取り付けることにより設置される。
【００２１】
本平面アンテナ１ａを屋外に設置した場合、外側アース壁体１２ｂは、アース板体１１とレドーム２０との合わせ部からの雨水等の浸水を防ぐ防水壁としての機能も果たす。内側アース壁体１２ａ及び外側アース壁体１２ｂは、アース板体１１上に全周にわたって途切れることなく配設されるのが最も好ましいが、本実施形態に示すように、万一浸水した際に、外部への排水路となるように、内側アース壁体１２ａ及び外側アース壁体１２ｂの下辺部中央に水抜き溝１８ａ，１８ｂを設けても良い。
【００２２】
図２は、上述した平面アンテナ１ａを無線ＬＡＮ用（中心周波数ｆ0＝２．４５ＧＨｚ）に使用した場合の垂直偏波垂直面における指向性特性図である。この特性図から、図１０の従来の指向性特性図と比較して、本平面アンテナ１ａの指向性特性のピーク位置Ｐ１（黒丸で図示）が正面方向に移動し、放射方向が正面方向に一致して向いていることがわかる。さらに、従来の特性図のＦＢ比（指向性特性における前後比、以下同様）が１３ｄＢであるのに対して、本平面アンテナ１ａでは１６ｄＢとなり、ＦＢ比を約３ｄＢ改善できることがわかる。ここで、従来の平面アンテナが、ＦＢ比を１６ｄＢまで改善するためには、そのアース板体の表面積を少なくとも約２．１倍の面積まで広げる必要があることが確認されている。
【００２３】
尚、使用波長をλとして、スペーサ１４ａの長さ、すなわち誘電体層の層幅Ｌ２は略０．０６λ、放射素子１３と内側アース壁体１２ａとの間隔Ｌ３は略０．１λ以上、内側アース壁体１２ａと外側アース壁体１２ｂとの間隔Ｌ４は０．０２λ〜０．１λ、アース壁体１２のアース板体１１からの高さ、すなわち内側アース壁体１２ａと外側アース壁体１２ｂの高さＨ１は０．０５λ〜０．１λの各設定寸法の範囲内で平面アンテナ１ａを構成しても良い。
【００２４】
このように、第１実施形態の平面アンテナ１ａは、放射素子１３とアース板体１１とを非平行に配置したので、給電線がもつ浮遊容量によって生じた指向性特性のピーク位置のズレを所望の位置に補正することが可能となり、アンテナ正面方向の放射特性を改善することが可能となる。特に、放射素子１３とアース板体１１とを、給電点２１を通る放射素子１３の中心線方向に傾斜するように、略４°の傾斜角θ１で非平行に配置したので、同軸ケーブル接栓２６の中心導体２６ａの第１誘電体層１５ａを横切る部分に生じた浮遊容量によって正面方向から略３°のチルト角で生じていた指向性特性を、正面方向に一致するように指向性特性のピーク位置Ｐ１を移動することができる。よって指向性特性を上下対称にして、正面方向の放射特性を改善することができる。
【００２５】
また、アース板体１１上に放射素子１３の周端縁から側方に放射素子１３を囲むように板状の内側アース壁体１２ａ及び外側アース壁体１２ｂを突設したので、アース板体１１の前面側の表面積を、所要の放射特性を得るための好適な面積に増加することができる。よって、アース板体１１の外形寸法を大きくすることなく放射特性としてのＦＢ比を改善することができ、従来と同程度の放射特性を備えたアンテナは小型にできる。さらに内側アース壁体１２ａ及び外側アース壁体１２ｂは、アース板体１１の構造強度を向上させる補強材としての機能を果たすので、アース板体１１を薄く形成することができ、平面アンテナ１ａを軽量化できる。さらに、放射素子１３の放射面にそれと大きさの異なる長方形状の無給電素子１９を第２誘電体層１５ｂを介して平行に配置したので、比帯域幅を広げることができる。
【００２６】
図３は、上記第１実施形態の変更例を示す要部断面図である。図３の平面アンテナ１ｂにおいては、外側アース壁体１２ｂが取り除かれ、内側アース壁体１２ａの突端部全周からアース板体１１と平行に外側に向けて、幅Ｌ５の平行アース壁体１２ｃが突設されている。
【００２７】
この平面アンテナ１ｂによっても、図１のアンテナ１ａと同様の作用効果を得ることができる。尚、平行アース壁体１２ｃの幅Ｌ５は、アンテナ１ａにおける内側アース壁体１２ａと外側アース壁体１２ｂとの間隔Ｌ４と等しく形成され、０．０２λ〜０．１λ（使用波長λ）の範囲内で設定可能である。
【００２８】
図４は、本発明に係る平面アンテナの第２実施形態を示す。本平面アンテナ１ｃは、第１実施形態として記載した平面アンテナ１ａから、無給電素子１９を取り除いて構成されている。その他の構成は平面アンテナ１ａと同様である。この平面アンテナ１ｃによれば、第１実施形態の平面アンテナ１ａと同様に、放射方向を正面方向に一致するように指向性特性を補正することができ、正面方向の放射特性を改善することができる。またアース板体１１上にアース壁体１２を配設したので、アース板体１１の放射素子配置面側の表面積を増やすことができ、ＦＢ比を改善すると共に、アンテナ全体を小型化、軽量化することができる。
【００２９】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下（１）〜（６）に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）本発明に係る平面アンテナを、ＩＭＴ２０００等の他のシステム使用周波数に対応した形状寸法で構成すること。
（２）図５の平面アンテナ１ｄに示すように、アース板体１１の板厚を均一にして傾斜角θ１の傾斜面を構成すること。この構成によっても、図１の平面アンテナ１ａと同様の作用効果を得ることができる。さらに、アース板体１１の体積を減らして製造コストを抑えることができる。
【００３０】
（３）図６の平面アンテナ１ｅに示すように、アース壁体１２を、断面略正方形の棒体１２ｄを横設して構成すること。この構成によっても、アース板体１１の放射素子配置面側の表面積を増加することができ、放射特性としてのＦＢ比を向上することができる。
（４）アース壁体１２を、内側アース壁体１２ａと外側アース壁体１２ｂとの２基で構成するだけでなく、１基で構成したり、３基或いは４基等の複数基で構成し、アース板体１１上に放射素子１３と同心状に配設すること。例えば図７の平面アンテナ１ｆは、アース壁体１２が３基のアース壁体１２ｅ，１２ｆ，１２ｇで構成されている。この構成によっても、図１の平面アンテナ１ａと同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
（５）第１実施形態において、スペーサ１４ａ，１４ｂにより形成した空気からなる第１誘電体層１５ａ及び第２誘電体層１５ｂに換えて、少なくとも一方の誘電体層をプリント基板から構成すること。例えば、第２誘電体層１５ｂとしてプリント基板を用いた場合、プリント基板の両面に、銅箔等からなるパッチ状の放射素子と無給電素子を夫々印刷形成し、そのプリント基板をスペーサ１４ａを介してアース板体１１に配置して平面アンテナを構成しても良い。
（６）第２実施形態において、スペーサ１４ａにより形成した空気からなる誘電体層に換えて、プリント基板からなる誘電体層を介してアース板体１１にパッチ状の放射素子を配置すること。この場合、パッチ状の放射素子を銅箔等によってプリント基板に印刷形成しても良い。
【００３２】
（７）例えば、図８（ａ）、（ｂ）の平面アンテナ１ｇ、１ｈのように、正方形板状の放射素子１３の対角部に一対の切欠き部３０或いは一対の突出片部３１を設けることにより、右旋円偏波を放射可能にアンテナ部１０を構成すること。また、他方の対角部に切欠き部３０及び突出片部３１を設けて、左旋円偏波を放射可能にアンテナ部１０を構成すること。
（８）アース板体１１と、放射素子１３と、アース壁体１２とを夫々円形状に形成し、アース板体１１に丸形レドーム２０を装着して、図９の丸形の平面アンテナ１ｋを構成すること。
（９）同軸ケーブル接栓２６を、Ｆ型だけでなくＴＮＣ型、ＮＣ型、Ｎ型等を用いて構成すること。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明によれば、放射素子とアース板体とを非平行に配置し、放射素子の放射面とアース板体の背面とを、正面方向と直交するように配置したので、給電線がもつ浮遊容量によって生じた指向性特性のピーク位置のズレを所望の位置に補正することが可能となり、正面方向の放射特性を改善することが可能となる。また放射素子とアース板体とを、放射素子の給電点位置を通る放射素子の中心線方向に傾斜するように配置したので、正面方向に一致するように指向性特性のピーク位置を補正することができる。よって指向性特性を上下対称にして、正面方向の放射特性を改善することができる。
【００３５】
請求項２の発明によれば、パッチ状の無給電素子を、誘電体層を介して放射素子の放射面に平行に配置したので、使用周波数帯域を広げることができる。
【００３６】
請求項３の発明によれば、アース板体の前面に、放射素子を囲むように、凸状のアース壁体を少なくとも１基配設したので、アース板体の放射素子配置面側の表面積を増加することができ、アース板体の外形寸法を大きくすることなく放射特性を改善することができる。すなわち従来と同程度の放射特性を備えたアンテナを従来より小型にできる。また、アース壁体は、アース板体の構造強度を向上させる補強材としての機能を果たすので、アース板体を薄く形成して、アンテナ全体を軽量化できる。
【００３７】
請求項４の発明によれば、アース壁体を内側アース壁体と外側アース壁体とにより構成したので、所要の放射特性を得るための好適な表面積を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の平面アンテナを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面説明図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面説明図である。
【図２】図１の平面アンテナの指向性特性図である。
【図３】図１の平面アンテナの変更例を示す要部断面図である。
【図４】本発明に係る第２実施形態の平面アンテナを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面説明図である。
【図５】図１の平面アンテナの変更例を示す要部断面図である。
【図６】図１の平面アンテナの変更例を示す要部断面図である。
【図７】図１の平面アンテナの変更例を示す要部断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）共に本発明に係る平面アンテナの変更例を示す正面図である。
【図９】本発明に係る平面アンテナの変更例を示す正面図である。
【図１０】従来の平面アンテナの指向性特性図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｋ・・平面アンテナ、１１・・アース板体、１２・・アース壁体、１２ａ・・内側アース壁体、１２ｂ・・外側アース壁体、１３・・放射素子、１５ａ・・第１誘電体層、１５ｂ・・第２誘電体層、１９・・無給電素子、２１・・給電点。
【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】
0004087623.tif 000008
【図８】
0004087623.tif 000009
【図９】
0004087623.tif 000010
【図１０】
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