アンテナ装置及び高周波モジュール
【課題】低コストの構造で、放射素子からの電波のビーム幅を変化させることができ、しかも、電波の指向性をも変化させることができるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１は、２素子Ｈ面アレイアンテナであり、誘電体基板２と２つの放射素子３−１，３−２とグランド電極４−１，４−２と断面矩形状の金属ブロック体５−１，５−２とグランド電極４−３とを備える。グランド電極４−１，４−２は、放射素子３−１，３−２の両側に配設した。金属ブロック体５−１，５−２は、放射素子３−１，３−２をそのＥ面から挟むようにグランド電極４−１，４−２に接続されている。グランド電極４−３は誘電体基板２の裏面２ｂに設けられ、スルーホール４０を通じてグランド電極４−１，４−２に接続されている。金属ブロック体５−１，５−２の高さを異ならせることで、電波の指向性を変えることができる。
【解決手段】アンテナ装置１は、２素子Ｈ面アレイアンテナであり、誘電体基板２と２つの放射素子３−１，３−２とグランド電極４−１，４−２と断面矩形状の金属ブロック体５−１，５−２とグランド電極４−３とを備える。グランド電極４−１，４−２は、放射素子３−１，３−２の両側に配設した。金属ブロック体５−１，５−２は、放射素子３−１，３−２をそのＥ面から挟むようにグランド電極４−１，４−２に接続されている。グランド電極４−３は誘電体基板２の裏面２ｂに設けられ、スルーホール４０を通じてグランド電極４−１，４−２に接続されている。金属ブロック体５−１，５−２の高さを異ならせることで、電波の指向性を変えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射素子から放射される電波のビーム幅およびビーム方向を制御可能なアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアンテナ装置としては、単一の放射素子を基板表面に配置して、接地された円筒又はブロック状の金属部材をこの放射素子を四方から囲むように基板表面に立設し、この金属部材の径や高さを調整することで、放射素子から放射される電波のビーム幅を変化させるものであった（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４２７４５号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来のアンテナ装置では、放射素子から放射される電波のビーム幅を変化させることができるが、ビーム方向を変化させることができない。また、放射素子からの電波のビーム幅を絞るために、放射素子を金属部材で四方から囲む必要があるので、多量の金属部材を必要とし、その分、部品コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、低コストの構造で、放射素子からの電波のビーム幅を変化させることができ、しかも、ビーム方向をも変化させることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板の表面に一列に配列された複数の放射素子と、これら一列に配列された複数の放射素子の両側にそれぞれ配設された第１及び第２のグランド電極と、一列に配列された複数の放射素子を両側から挟むように、第１及び第２のグランド電極上にそれぞれ立設された第１及び第２の導電性壁部材と、誘電体基板の裏面に設けられ且つ第１及び第２のグランド電極とスルーホールを通じて接続された第３のグランド電極とを具備する構成とした。
かかる構成により、電波を複数の放射素子から放射することができる。このとき、複数の素子が一列に配列されているので、放射素子の配列方向のビーム幅は広がらない。一方、放射素子の両側方向では、ビーム幅が広がろうとするが、第１及び第２の導電性壁部材が複数の放射素子を両側から挟むように、第１及び第２のグランド電極上にそれぞれ立設されているので、かかる方向のビーム幅が第１及び第２の導電性壁部材によって押さえ込まれる。これにより、ビーム幅は全方向から絞り込まれることとなる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子をＨ面に並べて成る２素子Ｈ面アレイアンテナである構成とした。
かかる構成により、２つの放射素子から電波を放射すると、Ｈ面のビーム幅は広がらず、Ｅ面のビーム幅が広がろうとする。しかし、第１及び第２の導電性壁部材がＥ面から２つの放射素子を両側で挟んでいるので、Ｅ面のビーム幅はこれら第１及び第２の導電性壁部材によって押さえ込まれる。これにより、ビーム幅は全方向から絞り込まれることとなる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に対して垂直に進入した第１の線路と、第１の線路の先端部で分岐し且つそれぞれがスルーホールを通じて２つの放射素子に接続した同長の第２及び第３の線路とで成る線路である構成とした。
かかる構成により、給電部から第１の線路を通じて供給された電力が、第２及び第３の線路に分配され、スルーホールを通じて２つの放射素子にそれぞれ供給される。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子をＥ面に並べて成る２素子Ｅ面アレイアンテナである構成とした。
かかる構成により、２つの放射素子から電波を放射すると、Ｅ面のビーム幅は広がらず、Ｈ面のビーム幅が広がろうとする。しかし、第１及び第２の導電性壁部材がＨ面から２つの放射素子を両側で挟んでいるので、Ｈ面のビーム幅はこれら第１及び第２の導電性壁部材によって押さえ込まれる。これにより、ビーム幅は全方向から絞り込まれることとなる。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に平行に進入しスルーホールを通じて一方の放射素子に接続した第１の線路と、当該一方の放射素子から延出して他方の放射素子に接続した第２の線路とで成る線路である構成とした。
かかる構成により、給電部から第１の線路を通じて供給された電力が、スルーホールを通じて一方の放射素子に供給される。そして、この放射素子から延出した第２の線路を通じて他方の放射素子にも電力が供給される。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材は、それぞれ断面矩形状のブロック体である構成とした。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材は、複数の放射素子と向き合う面が下方から上方にかけて当該放射素子から漸次離れるように傾斜した断面略台形状のブロック体である構成とした。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材は、その水平部を第１及び第２のグランド電極にそれぞれ接触させ且つ起立部を放射素子にそれぞれ対向させた状態で立設された断面Ｌ字状の金属板である構成とした。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材の高さを等しくした構成とする。
かかる構成により、一列に配列された複数の放射素子からの電波のビームが両側から均等に絞り込まれる。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材の高さを異ならせた構成とする。
かかる構成により、複数の放射素子からの電波のビームが第１及び第２の導電性壁部材の内の低い方の導電性壁部材側に傾く。
【００１６】
また、請求項１１の発明に係る高周波モジュールは、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳しく説明したように、この発明に係るアンテナ装置によれば、たった２つの第１及び第２の導電性壁部材を用いることで、放射素子から放射されるビーム幅を全方向から絞り込むことができるので、上記従来の技術のように、放射素子を四方から囲む多量の金属部材を必要としない。この結果、その分、部品コストの低減化を図ることができる。すなわち、この発明のアンテナ装置によれば、低コストの構造で、放射素子からの電波のビーム幅を変化させることができるという優れた効果がある。
特に、請求項１０の発明に係るアンテナ装置によれば、複数の放射素子からの電波のビームを第１及び第２の導電性壁部材の内の低い方の導電性壁部材側に傾けることができるので、異なる高さの第１及び第２の導電性壁部材の高さを適宜調整することで、電波の指向性を任意に変化させることができるという効果がある。
【００１８】
また、請求項１１の発明によれば、低コストで、指向性の変化が可能な高周波モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、この発明の第１実施例に係るアンテナ装置の斜視図であり、図２は、図１に示すアンテナ装置の平面図であり、図３は、図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【００２１】
図１に示すように、この実施例のアンテナ装置１は、誘電体基板２と、誘電体基板２の表面２ａに一列に配列された２つの放射素子３−１，３−２と、第１及び第２のグランド電極としてのグランド電極４−１，４−２と、第１及び第２の導電性壁部材としての金属ブロック体５−１，５−２と、第３のグランド電極としてのグランド電極４−３とで構成されている。
【００２２】
このアンテナ装置１は、２素子Ｈ面アレイアンテナであり、放射素子３−１，３−２をＨ面（図１及び図２の矢印Ｈ方向）に一列に並べて構成した。この実施例では、放射素子３−１，３−２として、それぞれ両端（図１及び図２の左右端）開放の１／２波長共振器として機能するパッチ状の放射電極を適用した。
このような放射素子３−１，３−２への給電は、誘電体基板２内に形成されたＴ分岐の給電線路３０を通じて行われる。具体的には、給電線路３０は、図示しない給電部から誘電体基板２にＨ方向に対して垂直に進入した第１の線路３１と、この線路３１の先端部でＴ字状に分岐した同長の第２及び第３の線路３２，３３とを有するトリプレート線路であり、線路３２，３３の先端部がスルーホール３２ａ，３３ａを通じて放射素子３−１，３−２素子の給電点にそれぞれ接続している。
これにより、図示しない給電部から所定の電力を給電線路３０の線路３１に供給すると、この電力が線路３２，３３で分岐され、放射素子３−１，３−２が同振幅且つ同位相の電力によってそれぞれ励振される。
【００２３】
グランド電極４−１，４−２は、放射素子３−１，３−２と同じく誘電体基板２の表面２ａに配設されている。具体的には、グランド電極４−１，４−２を、放射素子３−１，３−２の並び方向（矢印Ｈ方向）に沿わせて、放射素子３−１，３−２の両側に配設した。
ところで、図２及び図３に示すように、グランド電極４−１の下側には給電線路３０の線路３２，３３が通っている。このため、放射素子３−１，３−２とグランド電極４−１との間隔ｄが広いと、給電時における線路３２，３３からの不要な電磁波が間隔ｄから漏れて、放射素子３−１，３−２から放射されている電波に悪影響を与える。かといって、間隔ｄが余り狭いと、グランド電極４−１を流れる電流が放射素子３−１，３−２に影響を与え、放射素子３−１，３−２の無負荷Ｑ値を低下させて、放射効率を劣化させるおそれがある。したがって、この実施例では、放射素子３−１，３−２とグランド電極４−１との間隔ｄを、線路３２，３３からの不要放射の漏洩を防止可能な狭さで且つ放射素子３−１，３−２の放射効率を劣化させずに広帯域の整合が可能な広さに設定してある。
【００２４】
金属ブロック体５−１，５−２は、図１に示すように、断面矩形状の中実棒体であり、グランド電極４−１，４−２に配されている。具体的には、金属ブロック体５−１，５−２を、グランド電極４−１，４−２の縁部に配置して、グランド電極４−１，４−２と電気的に接続し、これら互いに平行な金属ブロック体５−１，５−２によって、２つの放射素子３−１，３−２を両側から挟んだ。すなわち、金属ブロック体５−１，５−２は、放射素子３−１，３−２をそのＥ面（図１及び図２の矢印Ｅ方向）から挟んだ状態になっている。
また、この実施例では、図３に示すように、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈを、等しく設定している。
【００２５】
グランド電極４−３は、図３に示すように、誘電体基板２の裏面２ｂのほぼ全面に設けられている。そして、このグランド電極４−３とグランド電極４−１，４−２とは、複数のスルーホール４０を通じて電気的に接続されている。
【００２６】
次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図４は、放射素子からの電波Ｓの放射状態を示す斜視図であり、図５は、電波ＳのＨ面ＳHを示す概略図であり、図６は、電波ＳのＥ面ＳEを示す概略図である。
図４において、電力を給電部（図示省略）から給電線路３０の線路３１に供給すると、線路３２，３３で分岐された同振幅且つ同位相の電力が放射素子３−１，３−２を励振し、電波Ｓを放射素子３−１，３−２から誘電体基板２の表面２ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）に放射する。
このとき、図５の（ａ）に示すように、放射素子が誘電体基板２上に１つしかない場合には、その単一の放射素子３から放射される電波Ｓの磁界成分であるＨ面ＳHは、矢印Ｈ方向に広がった状態になる。しかし、この実施例のアンテナ装置１のように、２つの放射素子３−１，３−２がＨ方向に配列されていると、放射素子３−１，３−２が互いの電波を引き込み合い、図５の（ｂ）に示すように、そのＨ面ＳHが、Ｈ方向に広がらず、絞り込まれた状態になる。
また、図６の（ａ）に示すように、金属ブロック体５−１，５−２が矢印Ｅ方向に存在しない場合には、放射素子３−１，３−２から放射される電波Ｓの電界成分であるＥ面ＳEは、矢印Ｅ方向に広がった状態になる。しかし、この実施例のアンテナ装置１のように、放射素子３−１，３−２を金属ブロック体５−１，５−２で両側から挟んだ状態にすると、図６の（ｂ）に示すように、金属ブロック体５−１，５−２がＥ方向に広がろうとするＥ面ＳEを反射させ、Ｅ方向への広がりを押さえ込み、この結果、Ｅ面ＳEが絞り込まれた状態になる。
このようにして、放射素子３−１，３−２から放射される電波ＳのＨ面ＳHとＥ面ＳEとが共に絞り込まれ、電波Ｓのビーム幅が狭くなる。
【００２７】
発明者等は、かかるビーム絞り込み作用を確認すべく、シミュレーションを行った。
図７は、Ｅ面ＳEの広がり状態を示す線図であり、横軸が誘電体基板２の表面２ａの垂線からの角度（deg）で、縦軸が相対電力（dB）である。また、図８は、Ｈ面ＳHの広がり状態を示す線図であり、横軸が誘電体基板２の表面２ａの垂線からの角度（deg）で、縦軸が相対電力（dB）である。
このシミュレーションでは、図１に示すアンテナ装置１において、金属ブロック体５−１，５−２を発信周波数における波長λの１／５だけ放射素子３−１，３−２から離して、放射素子３−１，３−２の両側に配し、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈ（図３参照）を、λ×０、λ／５、λ／４、λ／２の４通りに設定して、各高さｈにおける相対電力と角度との関係を計算した。
【００２８】
まず、Ｅ面ＳEの計算を行ったところ、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈをλ×０、即ち、金属ブロック体５−１，５−２を設けなかった場合は、図７の破線Ｓ１で示すように、Ｅ面ＳEの半値幅１３１°、利得７ｄＢｉにおいて、Ｅ面ＳEが最も広がることが判明した。
そして、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈがλ／５の場合には、一点鎖線Ｓ２で示すように広がり、λ／４の場合には、実線Ｓ３で示すように広がり、λ／２の場合には二点鎖線Ｓ４で示すように広がった。
これらから明らかなように、金属ブロック体５−１，５−２を放射素子３−１，３−２の両側に配することで、Ｅ面ＳEの両側が絞り込まれ、そして、高さｈをλ／４に設定した場合に、Ｅ面ＳEの半値幅４３°、利得１０ｄＢｉiにおいて、Ｅ面ＳEが最も鋭くなり、利得も高くなっていることが確認された。
したがって、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈを変えることで、Ｅ面ＳEの絞り幅を最適値に設定することができることが判明した。
【００２９】
次に、上記と同様にして、Ｈ面ＳHの計算を行ったところ、図８の破線Ｓ１、一点鎖線Ｓ２、実線Ｓ３、二点鎖線Ｓ４で示すように、Ｈ面ＳHは、金属ブロック体５−１，５−２の存在及びその高さｈに拘わらず、鋭く絞り込まれることが確認された。
【００３０】
このように、この実施例のアンテナ装置１によれば、図４に示すように、たった２つの金属ブロック体５−１，５−２を用いることで、放射素子３−１，３−２から放射される電波Ｓのビーム幅を全方向から絞り込むことができるので、多くの金属部材を用いて、放射素子３−１，３−２を四方から囲む必要がない。この結果、部品コストの低減化を図ることができる。
しかも、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈを変えるだけで、誘電体基板２の厚みや誘電率を変えることなく、電波Ｓのビーム幅を自由に制御することができるので、設計自由度が高いアンテナ装置１を提供することができる。
また、グランド電極４−１，４−２が誘電体基板２の表面２ａにあるので、金属ブロック体５−１，５−２を半田等で容易にグランド電極４−１，４−２に接続することができる。
【００３１】
なお、この第１実施例では、第１及び第２の導電性壁部材として、断面矩形状の金属ブロック体５−１，５−２を適用した例を示したが、図９に示すように、断面矩形でなく、断面台形状の金属ブロック体５−１，５−２を適用することもできる。かかる場合には、金属ブロック体５−１，５−２の面の内、放射素子３−１，３−２と向き合う面５ａ，５ａを、下方から上方にかけて放射素子３−１，３−２から漸次離れるように傾斜させる。
また、この第１実施例では、第１及び第２の導電性壁部材として、中実棒体である金属ブロック体５−１，５−２を適用した例を示したが、図１０に示すように、全てが金属でなく、金属メッキ５ｃを矩形状（又は台形状）の樹脂５ｂの表面に施したものを第１及び第２の導電性壁部材として適用することもできる。かかる場合には、電流の表皮効果を考慮し、金属メッキ５ｃの厚さｔを、所望周波数における表皮深さの３倍から４倍程度に設定することが好ましい。
【実施例２】
【００３２】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係るアンテナ装置の斜視図であり、図１２は、図１１に示すアンテナ装置の断面図である。
この実施例は、第１及び第２の導電性壁部材の形状が上記第１実施例と異なる。
すなわち、図１１に示すように、第１及び第２の導電性壁部材として、金属板５′−１，５′−２を適用した。具体的には、各金属板５′−１（５′−２）を水平部５′ａと起立部５′ｂとを有した断面Ｌ字状の折曲体で形成し、その水平部５′ａをグランド電極４−１（４−２）に当接して、起立部５′ｂを放射素子３−１，３−２に対向させた。
【００３３】
かかる構成により、金属板５′−１，５′−２が、上記第１実施例の金属ブロック体５−１，５−２に比べて容易且つ低コストで製造することができるので、アンテナ装置１の更なる低コスト化を図ることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００３４】
ところで、この実施例では、軽い金属板５′−１（５′−２）の水平部５′ａを正確に位置決めして、グランド電極４−１（４−２）上に半田付けで接続する必要がある。しかし、金属板５′−１（５′−２）を正確な位置に位置決めすることはなかなか容易でない。そこで、図１３に示すように、金属板５′−１（５′−２）の水平部５′ａにスリット５′ｃを設けて、水平部５′ａを２分割する。そして、グランド電極４−１（４−２）の表面を覆うレジストに、破線で示すように、２分割された水平部５′ａに対応した形状の２つ露出部Ｃを形成し、２分割された水平部５′ａをこの露出部Ｃ内に嵌めるようにして、グランド電極４−１（４−２）に半田付けすることで、そのセルフアライメント機能により、金属板５′−１（５′−２）の正確な位置決めを行うことができる。
【実施例３】
【００３５】
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１４は、この発明の第３実施例に係るアンテナ装置の断面図である。
この実施例は、電波Ｓの最大放射方向を変えることができる構造とした点が、上記第１及び第２実施例と異なる。
具体的には、図１４に示すように、金属板５′−１の起立部５′ｂの高さよりも５′−２の起立部５′ｂの高さを低くした。
これにより、放射素子３−１，３−２から放射される電波ＳのＥ面ＳEのうち、図１４の右側に放射される電界の多くが金属板５′−１の起立部５′ｂによって反射される。これに対して、左側に放射される電界は、金属板５′−２の起立部５′ｂによってあまり反射されない。この結果、Ｅ面ＳEの中心（即ち一点鎖線で示す最大放射位置）が誘電体基板２の垂線Ｚから左側にθだけ傾くこととなる。
すなわち、この実施例では、電波Ｓのビームの指向性を図１４の左側にθだけ傾けた状態に変化させることができる。
【００３６】
このように、この実施例のアンテナ装置によれば、放射素子３−１，３−２からの電波Ｓのビームを、起立部５′ｂが低い金属板５′−２側に傾けることができるので、金属板５′−２の起立部５′ｂの高さを適宜調整することで、電波Ｓの指向性を任意に変化させることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００３７】
なお、この実施例では、金属板５′−１の起立部５′ｂの高さよりも金属板５′−２の起立部５′ｂの高さを低くして、電波Ｓのビームの指向性を図１４の左側にθだけ傾ける構成としたが、指向性の変化は、金属板５′−１の起立部５′ｂと金属板５′−２の起立部５′ｂとの高さの差によって、調整することができる。したがって、図１５に示すように、金属板５′−１の起立部５′ｂの高さを金属板５′−２の起立部５′ｂの高さよりも低くして、電波Ｓのビームの指向性を右側にθだけ傾けるようにすることもできる。
また、金属板５′−１，５′−２の起立部５′ｂ，５′ｂの一方の高さをゼロ、即ち、金属板５′−１，５′−２の一方のみを誘電体基板２に実装することで、電波Ｓのビームの傾斜角θを最大にすることができる。
【実施例４】
【００３８】
次に、この発明の第４実施例について説明する。
図１６は、この発明の第４実施例に係るアンテナ装置の斜視図であり、図１７は、図１６の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
この実施例は、２素子Ｅ面アレイアンテナである点が、上記第１ないし第３実施例と異なる。
【００３９】
すなわち、図１６及び図１７に示すように、放射素子３−１，３−２をＥ面方向に一列に並べた。そして、放射素子３−１，３−２への給電線路３０′を、Ｅ方向に平行に誘電体基板２内に進入し且つその先端部がスルーホール３１ａを通じて放射素子３−１の給電点に接続した第１の線路３１と、放射素子３−１の左端中央から直状に延出して放射素子３−２の右端中央に連結した第２の線路３４とで形成した。この線路３４は、放射素子３−１，３−２に供給される電力に位相差が生じない長さに設定してある。
これにより、所定の電力を給電部から給電線路３０′の線路３１に供給すると、この電力が放射素子３−１に供給された後、この放射素子３−１に供給された電力と同振幅且つ同位相の電力が線路３４を通じて放射素子３−２に供給され、放射素子３−１，３−２がこれらの電力によってそれぞれ励振される。
【００４０】
グランド電極４−１，４−２は、放射素子３−１，３−２の並び方向（矢印Ｅ方向）に沿って、放射素子３−１，３−２の両側に配設され、金属ブロック体５′′−１，５′′−２が、グランド電極４−１，４−２の縁部に配置されている。したがって、この金属ブロック体５′′−１，５′′−２は、上記実施例の金属ブロック体５−１，５−２や金属板５′−１，５′−２と異なり、放射素子３−１，３−２をそのＨ面から挟んだ状態になっている。
【００４１】
次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
電力を給電部から給電線路３０′の線路３１に供給すると、この電力がスルーホール３１ａ及び線路３４を通じて放射素子３−１，３−２にそれぞれ供給され、放射素子３−１，３−２が同振幅且つ同位相の電力によって励振され、電波Ｓが誘電体基板２の表面２ａに垂直な方向に放射される。
このとき、２つの放射素子３−１，３−２がＥ方向に配列されているので、電波ＳのＥ面ＳEが、Ｅ方向に広がらず、絞り込まれた状態になる。また、放射素子３−１，３−２が金属ブロック体５′′−１，５′′−２によってそのＨ面から挟まれた状態になっているので、電波ＳのＨ面ＳHが絞り込まれた状態になる。
このようにして、電波ＳのＨ面ＳHとＥ面ＳEとが共に絞り込まれ、ビーム幅の狭い電波Ｓが放射素子３−１，３−２から放射されることとなる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１ないし第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例５】
【００４２】
次に、この発明の第５実施例について説明する。
図１８は、この発明の第５実施例に係る高周波モジュールの平面図であり、図１９は、高周波モジュールを一部破断して示す側面図である。
図１８及び図１９に示すように、この実施例の高周波モジュール６は、上記第２実施例のアンテナ装置１を備えたアンテナ一体型モジュールである。
具体的には、この高周波モジュール６は、グランド電極４−１，４−２と放射素子３−１，３−２とを表面２ａに備え且つグランド電極４−３を裏面２ｂ全面に備えた誘電体基板２上に、金属板５′−１，５′−２と図示しない高周波回路部品とを実装し、高周波回路部品を金属ケース７でシールドした構成になっている。
高周波回路部品は、例えば、ＲＦ回路のアンテナスイッチや送信回路及び受信回路に関する部品であり、アンテナスイッチは、放射素子３−１，３−２の給電線路３０の線路３１に電気的に接続される。
【００４３】
かかる構成により、アンテナスイッチを通じて、アンテナ装置１と送信回路とを接続することで、鋭いビームの電波Ｓを放射素子３−１，３−２から放射することができる。また、アンテナスイッチを通じて、アンテナ装置１と受信回路とを接続することで、放射素子３−１，３−２で受信した電波を受信回路に送り込むことができる。
【００４４】
このように、この実施例の高周波モジュール６によれば、低コストで、指向性の変化が可能なアンテナ装置１を備えているので、モジュール自体のコストダウンと操作性の向上を図ることができる。
また、高周波モジュール６の製造時には、放射素子３−１，３−２，グランド電極４−１，４−２，４−３，給電線路３０及びスルーホール４０を有する誘電体基板２を、パターン印刷やフォトリソグラフィで形成する。そして、この誘電体基板２を部品実装マシンに搬送し、このマシンによって、高周波回路部品や金属ケース７及び金属板５′−１，５′−２を誘電体基板２上にマウントする。この際、誘電体基板２を裏返したりする操作をすることなく、これらの部品を全て誘電体基板２の表面２ａ側に一括実装することができるので、部品実装作業を短時間で効率的に行うことができる。すなわち、この実施例によれば、部品実装作業を短時間で効率的に行うことが可能な量産性に優れた高周波モジュールを提供することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１ないし第４実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００４５】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記第実施例では、放射素子の素子数を２つに限定したアンテナ装置を例示したが、放射素子は複数であれば良く、その数に限定はない。
また、上記実施例では、複数の放射素子へそれぞれ給電する電力の位相や振幅を等しく設定したが、それぞれの電力の位相や振幅を異ならして複数の放射素子に供給する構成のアンテナ装置を、この発明範囲から除外する意ではない。
さらに、上記第５実施例では、第２実施例のアンテナ装置１を備えた高周波モジュール６を例示したが、これに限らず、第１実施例ないし第４実施例のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた高周波モジュールもこの発明の範囲に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の第１実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図２】図１に示すアンテナ装置の平面図である。
【図３】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】放射素子からの電波の放射状態を示す斜視図である。
【図５】電波のＨ面を示す概略図である。
【図６】電波のＥ面を示す概略図である。
【図７】Ｅ面の広がり状態を示す線図である。
【図８】Ｈ面の広がり状態を示す線図である。
【図９】第１実施例の第１変形例を示す斜視図である。
【図１０】第１実施例の第２変形例の要部を示す断面図である。
【図１１】この発明の第２実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図１２】図１１に示すアンテナ装置の断面図である。
【図１３】第２実施例の一変形例を示す斜視図である。
【図１４】この発明の第３実施例に係るアンテナ装置の断面図である。
【図１５】第３実施例の一変形例を示す断面図である。
【図１６】この発明の第４実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図１７】図１６の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１８】この発明の第５実施例に係る高周波モジュールの平面図である。
【図１９】高周波モジュールを一部破断して示す側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…アンテナ装置、 ２…誘電体基板、 ２ａ…表面、 ２ｂ…裏面、 ３−１，３−２…放射素子、 ４−１〜４−３…グランド電極、 ５−１，５−２，５′′−１，５′′−２…金属ブロック体、 ５′−１，５′−２…金属板、 ５ａ…面、 ５′ａ…水平部、 ５ｂ…樹脂、 ５′ｂ…起立部、 ５ｃ…金属メッキ、 ５′ｃ…スリット、 ６…高周波モジュール、 ７…金属ケース、 ３０，３０′…給電線路、 ３１〜３４…線路、 ３１ａ〜３３ａ，４０…スルーホール、 Ｓ…電波、 ＳE…Ｅ面、 ＳH…Ｈ面。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放射素子から放射される電波のビーム幅およびビーム方向を制御可能なアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアンテナ装置としては、単一の放射素子を基板表面に配置して、接地された円筒又はブロック状の金属部材をこの放射素子を四方から囲むように基板表面に立設し、この金属部材の径や高さを調整することで、放射素子から放射される電波のビーム幅を変化させるものであった（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−４２７４５号公報
【特許文献２】特開平１０−１３５７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来のアンテナ装置では、放射素子から放射される電波のビーム幅を変化させることができるが、ビーム方向を変化させることができない。また、放射素子からの電波のビーム幅を絞るために、放射素子を金属部材で四方から囲む必要があるので、多量の金属部材を必要とし、その分、部品コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、低コストの構造で、放射素子からの電波のビーム幅を変化させることができ、しかも、ビーム方向をも変化させることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るアンテナ装置は、誘電体基板の表面に一列に配列された複数の放射素子と、これら一列に配列された複数の放射素子の両側にそれぞれ配設された第１及び第２のグランド電極と、一列に配列された複数の放射素子を両側から挟むように、第１及び第２のグランド電極上にそれぞれ立設された第１及び第２の導電性壁部材と、誘電体基板の裏面に設けられ且つ第１及び第２のグランド電極とスルーホールを通じて接続された第３のグランド電極とを具備する構成とした。
かかる構成により、電波を複数の放射素子から放射することができる。このとき、複数の素子が一列に配列されているので、放射素子の配列方向のビーム幅は広がらない。一方、放射素子の両側方向では、ビーム幅が広がろうとするが、第１及び第２の導電性壁部材が複数の放射素子を両側から挟むように、第１及び第２のグランド電極上にそれぞれ立設されているので、かかる方向のビーム幅が第１及び第２の導電性壁部材によって押さえ込まれる。これにより、ビーム幅は全方向から絞り込まれることとなる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子をＨ面に並べて成る２素子Ｈ面アレイアンテナである構成とした。
かかる構成により、２つの放射素子から電波を放射すると、Ｈ面のビーム幅は広がらず、Ｅ面のビーム幅が広がろうとする。しかし、第１及び第２の導電性壁部材がＥ面から２つの放射素子を両側で挟んでいるので、Ｅ面のビーム幅はこれら第１及び第２の導電性壁部材によって押さえ込まれる。これにより、ビーム幅は全方向から絞り込まれることとなる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に対して垂直に進入した第１の線路と、第１の線路の先端部で分岐し且つそれぞれがスルーホールを通じて２つの放射素子に接続した同長の第２及び第３の線路とで成る線路である構成とした。
かかる構成により、給電部から第１の線路を通じて供給された電力が、第２及び第３の線路に分配され、スルーホールを通じて２つの放射素子にそれぞれ供給される。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子をＥ面に並べて成る２素子Ｅ面アレイアンテナである構成とした。
かかる構成により、２つの放射素子から電波を放射すると、Ｅ面のビーム幅は広がらず、Ｈ面のビーム幅が広がろうとする。しかし、第１及び第２の導電性壁部材がＨ面から２つの放射素子を両側で挟んでいるので、Ｈ面のビーム幅はこれら第１及び第２の導電性壁部材によって押さえ込まれる。これにより、ビーム幅は全方向から絞り込まれることとなる。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４に記載のアンテナ装置において、２つの放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に平行に進入しスルーホールを通じて一方の放射素子に接続した第１の線路と、当該一方の放射素子から延出して他方の放射素子に接続した第２の線路とで成る線路である構成とした。
かかる構成により、給電部から第１の線路を通じて供給された電力が、スルーホールを通じて一方の放射素子に供給される。そして、この放射素子から延出した第２の線路を通じて他方の放射素子にも電力が供給される。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材は、それぞれ断面矩形状のブロック体である構成とした。
【００１２】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材は、複数の放射素子と向き合う面が下方から上方にかけて当該放射素子から漸次離れるように傾斜した断面略台形状のブロック体である構成とした。
【００１３】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材は、その水平部を第１及び第２のグランド電極にそれぞれ接触させ且つ起立部を放射素子にそれぞれ対向させた状態で立設された断面Ｌ字状の金属板である構成とした。
【００１４】
請求項９の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材の高さを等しくした構成とする。
かかる構成により、一列に配列された複数の放射素子からの電波のビームが両側から均等に絞り込まれる。
【００１５】
請求項１０の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、第１及び第２の導電性壁部材の高さを異ならせた構成とする。
かかる構成により、複数の放射素子からの電波のビームが第１及び第２の導電性壁部材の内の低い方の導電性壁部材側に傾く。
【００１６】
また、請求項１１の発明に係る高周波モジュールは、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上詳しく説明したように、この発明に係るアンテナ装置によれば、たった２つの第１及び第２の導電性壁部材を用いることで、放射素子から放射されるビーム幅を全方向から絞り込むことができるので、上記従来の技術のように、放射素子を四方から囲む多量の金属部材を必要としない。この結果、その分、部品コストの低減化を図ることができる。すなわち、この発明のアンテナ装置によれば、低コストの構造で、放射素子からの電波のビーム幅を変化させることができるという優れた効果がある。
特に、請求項１０の発明に係るアンテナ装置によれば、複数の放射素子からの電波のビームを第１及び第２の導電性壁部材の内の低い方の導電性壁部材側に傾けることができるので、異なる高さの第１及び第２の導電性壁部材の高さを適宜調整することで、電波の指向性を任意に変化させることができるという効果がある。
【００１８】
また、請求項１１の発明によれば、低コストで、指向性の変化が可能な高周波モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、この発明の第１実施例に係るアンテナ装置の斜視図であり、図２は、図１に示すアンテナ装置の平面図であり、図３は、図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【００２１】
図１に示すように、この実施例のアンテナ装置１は、誘電体基板２と、誘電体基板２の表面２ａに一列に配列された２つの放射素子３−１，３−２と、第１及び第２のグランド電極としてのグランド電極４−１，４−２と、第１及び第２の導電性壁部材としての金属ブロック体５−１，５−２と、第３のグランド電極としてのグランド電極４−３とで構成されている。
【００２２】
このアンテナ装置１は、２素子Ｈ面アレイアンテナであり、放射素子３−１，３−２をＨ面（図１及び図２の矢印Ｈ方向）に一列に並べて構成した。この実施例では、放射素子３−１，３−２として、それぞれ両端（図１及び図２の左右端）開放の１／２波長共振器として機能するパッチ状の放射電極を適用した。
このような放射素子３−１，３−２への給電は、誘電体基板２内に形成されたＴ分岐の給電線路３０を通じて行われる。具体的には、給電線路３０は、図示しない給電部から誘電体基板２にＨ方向に対して垂直に進入した第１の線路３１と、この線路３１の先端部でＴ字状に分岐した同長の第２及び第３の線路３２，３３とを有するトリプレート線路であり、線路３２，３３の先端部がスルーホール３２ａ，３３ａを通じて放射素子３−１，３−２素子の給電点にそれぞれ接続している。
これにより、図示しない給電部から所定の電力を給電線路３０の線路３１に供給すると、この電力が線路３２，３３で分岐され、放射素子３−１，３−２が同振幅且つ同位相の電力によってそれぞれ励振される。
【００２３】
グランド電極４−１，４−２は、放射素子３−１，３−２と同じく誘電体基板２の表面２ａに配設されている。具体的には、グランド電極４−１，４−２を、放射素子３−１，３−２の並び方向（矢印Ｈ方向）に沿わせて、放射素子３−１，３−２の両側に配設した。
ところで、図２及び図３に示すように、グランド電極４−１の下側には給電線路３０の線路３２，３３が通っている。このため、放射素子３−１，３−２とグランド電極４−１との間隔ｄが広いと、給電時における線路３２，３３からの不要な電磁波が間隔ｄから漏れて、放射素子３−１，３−２から放射されている電波に悪影響を与える。かといって、間隔ｄが余り狭いと、グランド電極４−１を流れる電流が放射素子３−１，３−２に影響を与え、放射素子３−１，３−２の無負荷Ｑ値を低下させて、放射効率を劣化させるおそれがある。したがって、この実施例では、放射素子３−１，３−２とグランド電極４−１との間隔ｄを、線路３２，３３からの不要放射の漏洩を防止可能な狭さで且つ放射素子３−１，３−２の放射効率を劣化させずに広帯域の整合が可能な広さに設定してある。
【００２４】
金属ブロック体５−１，５−２は、図１に示すように、断面矩形状の中実棒体であり、グランド電極４−１，４−２に配されている。具体的には、金属ブロック体５−１，５−２を、グランド電極４−１，４−２の縁部に配置して、グランド電極４−１，４−２と電気的に接続し、これら互いに平行な金属ブロック体５−１，５−２によって、２つの放射素子３−１，３−２を両側から挟んだ。すなわち、金属ブロック体５−１，５−２は、放射素子３−１，３−２をそのＥ面（図１及び図２の矢印Ｅ方向）から挟んだ状態になっている。
また、この実施例では、図３に示すように、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈを、等しく設定している。
【００２５】
グランド電極４−３は、図３に示すように、誘電体基板２の裏面２ｂのほぼ全面に設けられている。そして、このグランド電極４−３とグランド電極４−１，４−２とは、複数のスルーホール４０を通じて電気的に接続されている。
【００２６】
次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図４は、放射素子からの電波Ｓの放射状態を示す斜視図であり、図５は、電波ＳのＨ面ＳHを示す概略図であり、図６は、電波ＳのＥ面ＳEを示す概略図である。
図４において、電力を給電部（図示省略）から給電線路３０の線路３１に供給すると、線路３２，３３で分岐された同振幅且つ同位相の電力が放射素子３−１，３−２を励振し、電波Ｓを放射素子３−１，３−２から誘電体基板２の表面２ａに垂直な方向（Ｚ軸方向）に放射する。
このとき、図５の（ａ）に示すように、放射素子が誘電体基板２上に１つしかない場合には、その単一の放射素子３から放射される電波Ｓの磁界成分であるＨ面ＳHは、矢印Ｈ方向に広がった状態になる。しかし、この実施例のアンテナ装置１のように、２つの放射素子３−１，３−２がＨ方向に配列されていると、放射素子３−１，３−２が互いの電波を引き込み合い、図５の（ｂ）に示すように、そのＨ面ＳHが、Ｈ方向に広がらず、絞り込まれた状態になる。
また、図６の（ａ）に示すように、金属ブロック体５−１，５−２が矢印Ｅ方向に存在しない場合には、放射素子３−１，３−２から放射される電波Ｓの電界成分であるＥ面ＳEは、矢印Ｅ方向に広がった状態になる。しかし、この実施例のアンテナ装置１のように、放射素子３−１，３−２を金属ブロック体５−１，５−２で両側から挟んだ状態にすると、図６の（ｂ）に示すように、金属ブロック体５−１，５−２がＥ方向に広がろうとするＥ面ＳEを反射させ、Ｅ方向への広がりを押さえ込み、この結果、Ｅ面ＳEが絞り込まれた状態になる。
このようにして、放射素子３−１，３−２から放射される電波ＳのＨ面ＳHとＥ面ＳEとが共に絞り込まれ、電波Ｓのビーム幅が狭くなる。
【００２７】
発明者等は、かかるビーム絞り込み作用を確認すべく、シミュレーションを行った。
図７は、Ｅ面ＳEの広がり状態を示す線図であり、横軸が誘電体基板２の表面２ａの垂線からの角度（deg）で、縦軸が相対電力（dB）である。また、図８は、Ｈ面ＳHの広がり状態を示す線図であり、横軸が誘電体基板２の表面２ａの垂線からの角度（deg）で、縦軸が相対電力（dB）である。
このシミュレーションでは、図１に示すアンテナ装置１において、金属ブロック体５−１，５−２を発信周波数における波長λの１／５だけ放射素子３−１，３−２から離して、放射素子３−１，３−２の両側に配し、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈ（図３参照）を、λ×０、λ／５、λ／４、λ／２の４通りに設定して、各高さｈにおける相対電力と角度との関係を計算した。
【００２８】
まず、Ｅ面ＳEの計算を行ったところ、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈをλ×０、即ち、金属ブロック体５−１，５−２を設けなかった場合は、図７の破線Ｓ１で示すように、Ｅ面ＳEの半値幅１３１°、利得７ｄＢｉにおいて、Ｅ面ＳEが最も広がることが判明した。
そして、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈがλ／５の場合には、一点鎖線Ｓ２で示すように広がり、λ／４の場合には、実線Ｓ３で示すように広がり、λ／２の場合には二点鎖線Ｓ４で示すように広がった。
これらから明らかなように、金属ブロック体５−１，５−２を放射素子３−１，３−２の両側に配することで、Ｅ面ＳEの両側が絞り込まれ、そして、高さｈをλ／４に設定した場合に、Ｅ面ＳEの半値幅４３°、利得１０ｄＢｉiにおいて、Ｅ面ＳEが最も鋭くなり、利得も高くなっていることが確認された。
したがって、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈを変えることで、Ｅ面ＳEの絞り幅を最適値に設定することができることが判明した。
【００２９】
次に、上記と同様にして、Ｈ面ＳHの計算を行ったところ、図８の破線Ｓ１、一点鎖線Ｓ２、実線Ｓ３、二点鎖線Ｓ４で示すように、Ｈ面ＳHは、金属ブロック体５−１，５−２の存在及びその高さｈに拘わらず、鋭く絞り込まれることが確認された。
【００３０】
このように、この実施例のアンテナ装置１によれば、図４に示すように、たった２つの金属ブロック体５−１，５−２を用いることで、放射素子３−１，３−２から放射される電波Ｓのビーム幅を全方向から絞り込むことができるので、多くの金属部材を用いて、放射素子３−１，３−２を四方から囲む必要がない。この結果、部品コストの低減化を図ることができる。
しかも、金属ブロック体５−１，５−２の高さｈを変えるだけで、誘電体基板２の厚みや誘電率を変えることなく、電波Ｓのビーム幅を自由に制御することができるので、設計自由度が高いアンテナ装置１を提供することができる。
また、グランド電極４−１，４−２が誘電体基板２の表面２ａにあるので、金属ブロック体５−１，５−２を半田等で容易にグランド電極４−１，４−２に接続することができる。
【００３１】
なお、この第１実施例では、第１及び第２の導電性壁部材として、断面矩形状の金属ブロック体５−１，５−２を適用した例を示したが、図９に示すように、断面矩形でなく、断面台形状の金属ブロック体５−１，５−２を適用することもできる。かかる場合には、金属ブロック体５−１，５−２の面の内、放射素子３−１，３−２と向き合う面５ａ，５ａを、下方から上方にかけて放射素子３−１，３−２から漸次離れるように傾斜させる。
また、この第１実施例では、第１及び第２の導電性壁部材として、中実棒体である金属ブロック体５−１，５−２を適用した例を示したが、図１０に示すように、全てが金属でなく、金属メッキ５ｃを矩形状（又は台形状）の樹脂５ｂの表面に施したものを第１及び第２の導電性壁部材として適用することもできる。かかる場合には、電流の表皮効果を考慮し、金属メッキ５ｃの厚さｔを、所望周波数における表皮深さの３倍から４倍程度に設定することが好ましい。
【実施例２】
【００３２】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係るアンテナ装置の斜視図であり、図１２は、図１１に示すアンテナ装置の断面図である。
この実施例は、第１及び第２の導電性壁部材の形状が上記第１実施例と異なる。
すなわち、図１１に示すように、第１及び第２の導電性壁部材として、金属板５′−１，５′−２を適用した。具体的には、各金属板５′−１（５′−２）を水平部５′ａと起立部５′ｂとを有した断面Ｌ字状の折曲体で形成し、その水平部５′ａをグランド電極４−１（４−２）に当接して、起立部５′ｂを放射素子３−１，３−２に対向させた。
【００３３】
かかる構成により、金属板５′−１，５′−２が、上記第１実施例の金属ブロック体５−１，５−２に比べて容易且つ低コストで製造することができるので、アンテナ装置１の更なる低コスト化を図ることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００３４】
ところで、この実施例では、軽い金属板５′−１（５′−２）の水平部５′ａを正確に位置決めして、グランド電極４−１（４−２）上に半田付けで接続する必要がある。しかし、金属板５′−１（５′−２）を正確な位置に位置決めすることはなかなか容易でない。そこで、図１３に示すように、金属板５′−１（５′−２）の水平部５′ａにスリット５′ｃを設けて、水平部５′ａを２分割する。そして、グランド電極４−１（４−２）の表面を覆うレジストに、破線で示すように、２分割された水平部５′ａに対応した形状の２つ露出部Ｃを形成し、２分割された水平部５′ａをこの露出部Ｃ内に嵌めるようにして、グランド電極４−１（４−２）に半田付けすることで、そのセルフアライメント機能により、金属板５′−１（５′−２）の正確な位置決めを行うことができる。
【実施例３】
【００３５】
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１４は、この発明の第３実施例に係るアンテナ装置の断面図である。
この実施例は、電波Ｓの最大放射方向を変えることができる構造とした点が、上記第１及び第２実施例と異なる。
具体的には、図１４に示すように、金属板５′−１の起立部５′ｂの高さよりも５′−２の起立部５′ｂの高さを低くした。
これにより、放射素子３−１，３−２から放射される電波ＳのＥ面ＳEのうち、図１４の右側に放射される電界の多くが金属板５′−１の起立部５′ｂによって反射される。これに対して、左側に放射される電界は、金属板５′−２の起立部５′ｂによってあまり反射されない。この結果、Ｅ面ＳEの中心（即ち一点鎖線で示す最大放射位置）が誘電体基板２の垂線Ｚから左側にθだけ傾くこととなる。
すなわち、この実施例では、電波Ｓのビームの指向性を図１４の左側にθだけ傾けた状態に変化させることができる。
【００３６】
このように、この実施例のアンテナ装置によれば、放射素子３−１，３−２からの電波Ｓのビームを、起立部５′ｂが低い金属板５′−２側に傾けることができるので、金属板５′−２の起立部５′ｂの高さを適宜調整することで、電波Ｓの指向性を任意に変化させることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００３７】
なお、この実施例では、金属板５′−１の起立部５′ｂの高さよりも金属板５′−２の起立部５′ｂの高さを低くして、電波Ｓのビームの指向性を図１４の左側にθだけ傾ける構成としたが、指向性の変化は、金属板５′−１の起立部５′ｂと金属板５′−２の起立部５′ｂとの高さの差によって、調整することができる。したがって、図１５に示すように、金属板５′−１の起立部５′ｂの高さを金属板５′−２の起立部５′ｂの高さよりも低くして、電波Ｓのビームの指向性を右側にθだけ傾けるようにすることもできる。
また、金属板５′−１，５′−２の起立部５′ｂ，５′ｂの一方の高さをゼロ、即ち、金属板５′−１，５′−２の一方のみを誘電体基板２に実装することで、電波Ｓのビームの傾斜角θを最大にすることができる。
【実施例４】
【００３８】
次に、この発明の第４実施例について説明する。
図１６は、この発明の第４実施例に係るアンテナ装置の斜視図であり、図１７は、図１６の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
この実施例は、２素子Ｅ面アレイアンテナである点が、上記第１ないし第３実施例と異なる。
【００３９】
すなわち、図１６及び図１７に示すように、放射素子３−１，３−２をＥ面方向に一列に並べた。そして、放射素子３−１，３−２への給電線路３０′を、Ｅ方向に平行に誘電体基板２内に進入し且つその先端部がスルーホール３１ａを通じて放射素子３−１の給電点に接続した第１の線路３１と、放射素子３−１の左端中央から直状に延出して放射素子３−２の右端中央に連結した第２の線路３４とで形成した。この線路３４は、放射素子３−１，３−２に供給される電力に位相差が生じない長さに設定してある。
これにより、所定の電力を給電部から給電線路３０′の線路３１に供給すると、この電力が放射素子３−１に供給された後、この放射素子３−１に供給された電力と同振幅且つ同位相の電力が線路３４を通じて放射素子３−２に供給され、放射素子３−１，３−２がこれらの電力によってそれぞれ励振される。
【００４０】
グランド電極４−１，４−２は、放射素子３−１，３−２の並び方向（矢印Ｅ方向）に沿って、放射素子３−１，３−２の両側に配設され、金属ブロック体５′′−１，５′′−２が、グランド電極４−１，４−２の縁部に配置されている。したがって、この金属ブロック体５′′−１，５′′−２は、上記実施例の金属ブロック体５−１，５−２や金属板５′−１，５′−２と異なり、放射素子３−１，３−２をそのＨ面から挟んだ状態になっている。
【００４１】
次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
電力を給電部から給電線路３０′の線路３１に供給すると、この電力がスルーホール３１ａ及び線路３４を通じて放射素子３−１，３−２にそれぞれ供給され、放射素子３−１，３−２が同振幅且つ同位相の電力によって励振され、電波Ｓが誘電体基板２の表面２ａに垂直な方向に放射される。
このとき、２つの放射素子３−１，３−２がＥ方向に配列されているので、電波ＳのＥ面ＳEが、Ｅ方向に広がらず、絞り込まれた状態になる。また、放射素子３−１，３−２が金属ブロック体５′′−１，５′′−２によってそのＨ面から挟まれた状態になっているので、電波ＳのＨ面ＳHが絞り込まれた状態になる。
このようにして、電波ＳのＨ面ＳHとＥ面ＳEとが共に絞り込まれ、ビーム幅の狭い電波Ｓが放射素子３−１，３−２から放射されることとなる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１ないし第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例５】
【００４２】
次に、この発明の第５実施例について説明する。
図１８は、この発明の第５実施例に係る高周波モジュールの平面図であり、図１９は、高周波モジュールを一部破断して示す側面図である。
図１８及び図１９に示すように、この実施例の高周波モジュール６は、上記第２実施例のアンテナ装置１を備えたアンテナ一体型モジュールである。
具体的には、この高周波モジュール６は、グランド電極４−１，４−２と放射素子３−１，３−２とを表面２ａに備え且つグランド電極４−３を裏面２ｂ全面に備えた誘電体基板２上に、金属板５′−１，５′−２と図示しない高周波回路部品とを実装し、高周波回路部品を金属ケース７でシールドした構成になっている。
高周波回路部品は、例えば、ＲＦ回路のアンテナスイッチや送信回路及び受信回路に関する部品であり、アンテナスイッチは、放射素子３−１，３−２の給電線路３０の線路３１に電気的に接続される。
【００４３】
かかる構成により、アンテナスイッチを通じて、アンテナ装置１と送信回路とを接続することで、鋭いビームの電波Ｓを放射素子３−１，３−２から放射することができる。また、アンテナスイッチを通じて、アンテナ装置１と受信回路とを接続することで、放射素子３−１，３−２で受信した電波を受信回路に送り込むことができる。
【００４４】
このように、この実施例の高周波モジュール６によれば、低コストで、指向性の変化が可能なアンテナ装置１を備えているので、モジュール自体のコストダウンと操作性の向上を図ることができる。
また、高周波モジュール６の製造時には、放射素子３−１，３−２，グランド電極４−１，４−２，４−３，給電線路３０及びスルーホール４０を有する誘電体基板２を、パターン印刷やフォトリソグラフィで形成する。そして、この誘電体基板２を部品実装マシンに搬送し、このマシンによって、高周波回路部品や金属ケース７及び金属板５′−１，５′−２を誘電体基板２上にマウントする。この際、誘電体基板２を裏返したりする操作をすることなく、これらの部品を全て誘電体基板２の表面２ａ側に一括実装することができるので、部品実装作業を短時間で効率的に行うことができる。すなわち、この実施例によれば、部品実装作業を短時間で効率的に行うことが可能な量産性に優れた高周波モジュールを提供することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１ないし第４実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００４５】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記第実施例では、放射素子の素子数を２つに限定したアンテナ装置を例示したが、放射素子は複数であれば良く、その数に限定はない。
また、上記実施例では、複数の放射素子へそれぞれ給電する電力の位相や振幅を等しく設定したが、それぞれの電力の位相や振幅を異ならして複数の放射素子に供給する構成のアンテナ装置を、この発明範囲から除外する意ではない。
さらに、上記第５実施例では、第２実施例のアンテナ装置１を備えた高周波モジュール６を例示したが、これに限らず、第１実施例ないし第４実施例のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた高周波モジュールもこの発明の範囲に含まれることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の第１実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図２】図１に示すアンテナ装置の平面図である。
【図３】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図４】放射素子からの電波の放射状態を示す斜視図である。
【図５】電波のＨ面を示す概略図である。
【図６】電波のＥ面を示す概略図である。
【図７】Ｅ面の広がり状態を示す線図である。
【図８】Ｈ面の広がり状態を示す線図である。
【図９】第１実施例の第１変形例を示す斜視図である。
【図１０】第１実施例の第２変形例の要部を示す断面図である。
【図１１】この発明の第２実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図１２】図１１に示すアンテナ装置の断面図である。
【図１３】第２実施例の一変形例を示す斜視図である。
【図１４】この発明の第３実施例に係るアンテナ装置の断面図である。
【図１５】第３実施例の一変形例を示す断面図である。
【図１６】この発明の第４実施例に係るアンテナ装置の斜視図である。
【図１７】図１６の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１８】この発明の第５実施例に係る高周波モジュールの平面図である。
【図１９】高周波モジュールを一部破断して示す側面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…アンテナ装置、 ２…誘電体基板、 ２ａ…表面、 ２ｂ…裏面、 ３−１，３−２…放射素子、 ４−１〜４−３…グランド電極、 ５−１，５−２，５′′−１，５′′−２…金属ブロック体、 ５′−１，５′−２…金属板、 ５ａ…面、 ５′ａ…水平部、 ５ｂ…樹脂、 ５′ｂ…起立部、 ５ｃ…金属メッキ、 ５′ｃ…スリット、 ６…高周波モジュール、 ７…金属ケース、 ３０，３０′…給電線路、 ３１〜３４…線路、 ３１ａ〜３３ａ，４０…スルーホール、 Ｓ…電波、 ＳE…Ｅ面、 ＳH…Ｈ面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の表面に一列に配列された複数の放射素子と、
これら一列に配列された複数の放射素子の両側にそれぞれ配設された第１及び第２のグランド電極と、
上記一列に配列された複数の放射素子を両側から挟むように、上記第１及び第２のグランド電極上にそれぞれ立設された第１及び第２の導電性壁部材と、
上記誘電体基板の裏面に設けられ且つ上記第１及び第２のグランド電極とスルーホールを通じて接続された第３のグランド電極と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子をＨ面に並べて成る２素子Ｈ面アレイアンテナである、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に対して垂直に進入した第１の線路と、第１の線路の先端部で分岐し且つそれぞれがスルーホールを通じて２つの放射素子に接続した同長の第２及び第３の線路とで成る線路である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子をＥ面に並べて成る２素子Ｅ面アレイアンテナである、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に平行に進入しスルーホールを通じて一方の放射素子に接続した第１の線路と、当該一方の放射素子から延出して他方の放射素子に接続した第２の線路とで成る線路である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材は、それぞれ断面矩形状のブロック体である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材は、上記複数の放射素子と向き合う面が下方から上方にかけて当該放射素子から漸次離れるように傾斜した断面略台形状のブロック体である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材は、その水平部を上記第１及び第２のグランド電極にそれぞれ接触させ且つ起立部を上記放射素子にそれぞれ対向させた状態で立設された断面Ｌ字状の金属板である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材の高さを等しくした、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材の高さを異ならせた、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた、
ことを特徴とする高周波モジュール。
【請求項１】
誘電体基板の表面に一列に配列された複数の放射素子と、
これら一列に配列された複数の放射素子の両側にそれぞれ配設された第１及び第２のグランド電極と、
上記一列に配列された複数の放射素子を両側から挟むように、上記第１及び第２のグランド電極上にそれぞれ立設された第１及び第２の導電性壁部材と、
上記誘電体基板の裏面に設けられ且つ上記第１及び第２のグランド電極とスルーホールを通じて接続された第３のグランド電極と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子をＨ面に並べて成る２素子Ｈ面アレイアンテナである、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に対して垂直に進入した第１の線路と、第１の線路の先端部で分岐し且つそれぞれがスルーホールを通じて２つの放射素子に接続した同長の第２及び第３の線路とで成る線路である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子をＥ面に並べて成る２素子Ｅ面アレイアンテナである、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のアンテナ装置において、
２つの上記放射素子への給電線路は、給電部から誘電体基板内に放射素子の並び方向に平行に進入しスルーホールを通じて一方の放射素子に接続した第１の線路と、当該一方の放射素子から延出して他方の放射素子に接続した第２の線路とで成る線路である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材は、それぞれ断面矩形状のブロック体である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材は、上記複数の放射素子と向き合う面が下方から上方にかけて当該放射素子から漸次離れるように傾斜した断面略台形状のブロック体である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材は、その水平部を上記第１及び第２のグランド電極にそれぞれ接触させ且つ起立部を上記放射素子にそれぞれ対向させた状態で立設された断面Ｌ字状の金属板である、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材の高さを等しくした、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のアンテナ装置において、
上記第１及び第２の導電性壁部材の高さを異ならせた、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のアンテナ装置を備えた、
ことを特徴とする高周波モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００７−３１８４６９（Ｐ２００７−３１８４６９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４６２０２（Ｐ２００６−１４６２０２）
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２６日（２００６．５．２６）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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