アンテナ装置
【課題】 アンテナの全長に大きな影響を与えることなく、最低共振周波数の拡大効果を高め、水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を得られることの可能性を高めたアンテナ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 第1円板状導体素子1と、この第1円板状導体素子1に対向する第2円板状導体素子4と、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された板状のダイポールアンテナ素子とを備え、ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4とのそれぞれの面上に電気的に接続され、ダイポールアンテナ素子間の空隙が給電点であることを特徴とする。
【解決手段】 第1円板状導体素子1と、この第1円板状導体素子1に対向する第2円板状導体素子4と、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された板状のダイポールアンテナ素子とを備え、ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4とのそれぞれの面上に電気的に接続され、ダイポールアンテナ素子間の空隙が給電点であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、無線装置が具備するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、アンテナ装置における広帯域化の技術には、切り欠き部を備える半円形状の放射素子をダイポールアンテナとして動作させるものがある(例えば、特許文献1参照)。このようなアンテナ装置において、電波の放射に寄与する電流の多くは、半円形状素子の円周に沿った部分を流れるため、半円形状素子の内側に切り欠き部を設けてもアンテナ特性に与える影響は小さいが、切り欠き部に回路装置や別の放射素子を設けることが可能なスペース効率に優れるという特徴がある。
【0003】
また、半円形状素子を直交に組み合わせることで、広帯域にわたり水平面のアンテナパターン(放射パターン)の無指向性を確保できる。さらに、半円形状素子による共振周波数よりも低い周波数で動作する共振体を切り欠き部に形成することで、アンテナの高さ寸法を変えることなく、最低共振周波数を下げることが可能なものである。なお、放射素子の寸法を小さくするために、誘電体基板上に放射素子を形成することが一般的である(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平9−223921号公報(第1図、第2図、第7図、第16図、第21図など)
【特許文献2】特開2002−246839号公報(第1〜4図、第7図など)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に記載のアンテナ装置では、半円形状素子による共振周波数よりも低い周波数で動作する共振体を切り欠き部に設けることで、広帯域化を図ることができるが、共振体の大きさを半円形状素子より小さくする必要があるため、共振体の保有する帯域は狭いという課題があった。
【0006】
また、特許文献1に記載のアンテナ装置では、放射に寄与する電流の多くも半円形状素子の円周に沿った部分を流れるために、半円形状素子の切り欠き部に設けられた共振体への流れこみは小さく、アンテナ全体に対する共振体の寄与量も小さい。そのため、共振体による最低共振周波数の拡大帯域は狭く、その効果も小さいものとなるという課題もあった。
【0007】
さらに、広帯域に高い周波数まで使用した場合、アンテナ(放射素子)上の電流分布に節が生じて、仰角面のアンテナパターンは乱れる。そのため、仰角面に直交する水平面では、アンテナ利得の低くなる周波数が生じ、放射素子に半円形状素子を直交に組み合わせて、広帯域に水平面無指向性を確保しても、利得の低い状態のまま無指向性を維持することとなるという課題もあった。
【0008】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、アンテナの全長に大きな影響を与えることなく、最低共振周波数の拡大効果を高め、水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を得られることの可能性を高めた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】
【0009】
請求項1の発明に係るアンテナ装置は、第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするものである。
【0010】
請求項2の発明に係るアンテナ装置は、第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするものである。
【0011】
請求項3の発明に係るアンテナ装置は、前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子が、円周上にリブ壁を有する請求項1又は2に記載のものである。
【0012】
請求項4の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子が、半円形又は三角形である請求項1〜3のいずれかに記載のものである。
【0013】
請求項5の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子が、外形が階段状又はノッチ状である請求項1〜4のいずれかに記載のものである。
【0014】
請求項6の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の直交導体素子を有する請求項1〜5のいずれかに記載のものである。
【0015】
請求項7の発明に係るアンテナ装置は、前記直交導体素子が、円形又は三角形である請求項6に記載のものである。
【0016】
請求項8の発明に係るアンテナ装置は、前記直交導体素子が、外形が階段状又はノッチ状である請求項6又は7に記載のものである。
【0017】
請求項9の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子が、前記第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、前記第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子とを具備する請求項1〜8のいずれかに記載のものである。
【0018】
請求項10の発明に係るアンテナ装置は、第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするものである。
【0019】
請求項11の発明に係るアンテナ装置は、前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子が、円周上にリブ壁を有する請求項10に記載のものである。
【0020】
請求項12の発明に係るアンテナ装置は、前記第1板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第1直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のものである。
【0021】
請求項13の発明に係るアンテナ装置は、前記第2板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第2直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のものである。
【0022】
請求項14の発明に係るアンテナ装置は、前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子が、同一平面内に存在する請求項10〜13のいずれかに記載のものである。
【0023】
請求項15の発明に係るアンテナ装置は、前記第1円板状導体素子を頭頂側で固定し、前記第2円板状導体素子を開口側で固定するレドームを有する請求項1〜14のいずれかに記載のものである。
【0024】
請求項16の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子、又は、前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子が、誘電体基板の表面又は誘電体基板の内部に形成された請求項1〜15のいずれかに記載のものである。
【0025】
請求項17の発明に係るアンテナ装置は、前記誘電体基板が、表面又は内部に導波器となる無給電素子が形成された請求項16に記載のものである。
【0026】
請求項18の発明に係るアンテナ装置は、円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上又はそれぞれのリブ壁に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするものである。
【0027】
請求項19の発明に係るアンテナ装置は、円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上、又は、前記第1円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上、又は、前記第2円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするものである。
【0028】
請求項20の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子、又は、第1板状導体素子及び第2板状導体素子が、前記第1円板状導体素子のリブ壁及び前記第2円板状導体素子のリブ壁との間に配置された誘電体基板の表面又内部に形成された請求項18又は19に記載のものである。
【発明の効果】
【0029】
以上のように、この発明によれば、対向する第1円板状導体素子と第2円板状導体素子との間に板状の素子を配置したことにより、アンテナの全長に大きな影響を与えることなく、最低共振周波数の拡大効果をより高め、かつ、水平面の利得を高いアンテナ装置を得ることができる。
【0030】
また、請求項6〜8、及び、請求項6〜8を引用する請求項9に係る発明によれば、前段落で説明した効果に加え、板状の直交導体素子により、高い周波数領域であっても水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を有するアンテナ装置を得ることができる。
【0031】
請求項12、請求項13、請求項12及び13を引用する請求項14〜17に係る発明によれば、前々段落で説明した効果に加え、板状の第1直交導体素子又は板状の第2直交導体素子により、高い周波数領域であっても水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を有するアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図3】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図4】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図5】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図6】この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置構成図である。
【図7】この発明の実施の形態1及び2に係るアンテナ装置の動作利得図である。
【図8】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図9】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図10】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図11】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の断面図である。
【図12】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図13】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の断面図である。
【図14】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図15】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の基板構成図である。
【図16】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の基板構成図である。
【図17】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図18】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図19】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図20】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の模式断面図である。
【図21】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図22】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の模式断面図である。
【図23】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図24】この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置構成図である。
【図25】この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置構成図である。
【図26】この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置構成図である。
【図27】この発明の実施の形態6に係るアンテナ装置構成図である。
【図28】この発明の実施の形態1及び6に係るアンテナ装置の動作利得図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。構成品には図中に番号を併記し、各実施の形態において、同一構成品には説明を繰り返さない。これは、各実施の形態の構成を適宜入れ替えることを制限しない。つまり、各実施の形態で共通的な構成は、上位の実施の形態で説明が済んでおれば下位の実施の形態で再掲しない。なお、各実施の形態に記載する本発明の構成はその1例であり、実施の形態に示すもののみに本発明が拘束されるものではない。図面中のX、Y、Zの表記は、X軸、Y軸、Z軸がそれぞれ相互に直交する極座標空間を示すものとする。また、この極座標空間の原点に本願に係るアンテナ装置が配置されているとする。YZ平面を水平面とし、その水平面に対して仰角面が直交しているものとする。
【0034】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1について図1〜5を用いて説明する。図1(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図1(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図1(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図、図2(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図2(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図3(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面透視図、図3(b)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図4(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図4(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図4(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図、図5(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図5(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図5(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図である。
【0035】
図1〜5において、1は円板状の導体である第1円板状導体素子、2は第1円板状導体素子1の面上に基端が電気的に接続され(導通)、第1円板状導体素子1に対して起立した半円板状の導体である第1板状導体素子、3は第1板状導体素子2の先端に電気的に接続された第1給電線路(同軸線路の芯線(中心導体))、4は第1円板状導体素子1に対向する円板状の導体である第2円板状導体素子、5は第2円板状導体素子4の面上に基端が電気的に接続され、先端が第1板状導体素子2の先端と対向し、第2円板状導体素子4に対して起立した半円板状の導体である第2板状導体素子、6は第2板状導体素子5の先端に電気的に接続され、第1給電線路と共に同軸線路を形成して第2板状導体素子5上に配置された第2給電線路(同軸線路の外導体)、7は第2板状導体素子4に固定され、第1給電線路3と第2給電線路6とから構成される同軸線路と接続されたSMA型の同軸コネクタである。なお、第1給電線路3と第2給電線路6とから構成される同軸線路は、セミリジットケーブルなどの同軸ケーブルを用いればよく、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5との空隙にある給電点に電気的に接続できるようなもの、つまり、空隙がアンテナの給電点として動作できるようなものであれば、第2板状導体素子5上に配置する必要はない。また、第1円板状導体素子1や第1円板状導体素子2などの各種板状導体素子は、アルミ、銅などの板状金属を用いて形成すればよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0036】
第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との半径は、同一又は略同一であり、第1板状導体素子(半円)2と第2板状導体素子5(半円)との半径は、同一又は略同一であるように、設計するとアンテナパターンが良好なアンテナ装置を得ることができる。また、第1板状導体素子(半円)及び第2板状導体素子5(半円)の半径は、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の半径と同一、若干長い、若干短いなどの場合が想定される。
【0037】
図1〜5において、8はL字状に屈曲した導体板でボルトを挿入する孔を有し、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2とにそれぞれボルトで締め付けれ、第1円板状導体素子1上に対して垂直に第1板状導体素子2を起立した状態を保つL型アングル、9はL字状に屈曲した導体板でボルトを挿入する孔を有し、第2円板状導体素子4と第2板状導体素子5とにそれぞれボルトで締め付けれ、第2円板状導体素子4上に対して垂直に第2板状導体素子4を起立した状態を保つL型アングルである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0038】
図1〜5において、10はレドームである。レドーム10は頭頂部が封鎖された笠状の円筒であり、第1円板状導体素子1を頭頂側で固定し、第2円板状導体素子4を開口側で固定するものである。もちろん、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4のいずれか一方だけを固定していてもよい。第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5を後述する誘電体基板に形成せずに、アルミ、銅などの板状金属を用いたものである場合は、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5そのものの支持と第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5との間にある空隙の維持をレドーム10によって行ってもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0039】
図1〜5において、1aは第1円板状導体素子1の代替素子であり、円板状の第1円板状導体素子1における内部を円状に切り欠いた第1円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、4aは第2円板状導体素子4の代替素子であり、円板状の第2円板状導体素子4における内部を円状に切り欠いた第2円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、2aは第1板状導体素子2の代替素子であり、半円状の第1板状導体素子2における第1円板状導体素子1寄りの部分の一部を半円状に切り欠いた第1板状導体素子(半円状の切り欠き)、5aは第2板状導体素子5の代替素子であり、半円状の第2板状導体素子5における第2円板状導体素子4寄りの部分の一部を半円状に切り欠いた第2板状導体素子(半円状の切り欠き)である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0040】
図4及び5において、第1円板状導体素子1a及び第2円板状導体素子4aは、内部に、外形の円と同心の円状の切り欠き(孔)を有しているが、任意の形状でもよい。また、第1板状導体素子2aと第2板状導体素子5aは、その円形の外形(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5の外形、つまり、弧に相当する部分)と同心の半円状の切り欠きを内部(「内部」とは、第1板状導体素子2(2a)及び第2板状導体素子5(5a)に孔状に形成されたものと、第1板状導体素子2(2a)及び第2板状導体素子5(5a)の直線部分(基端)側から切り欠かれたものとの両方を指すとする)に有している。なお、半円状の切り欠きは、任意の形状でもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0041】
第1板状導体素子2aと第2板状導体素子5aとは、その円形の外形と同心の半円状の切り欠きを内部に有しているので、それぞれ第1円板状導体素子1(1a)と第2円板状導体素子4(4a)との接触部分が少なくなっている。よって、第1板状導体素子2a(第2板状導体素子5a)を第1円板状導体素子1(1a)(第2円板状導体素子4(4a))の面上に基端が電気的に接続され、第1円板状導体素子1(1a)(第2円板状導体素子4(4a))に対して起立させるため、それぞれ第1円板状導体素子1(1a)(第2円板状導体素子4(4a))に切り欠き又は孔を形成して、第1板状導体素子2aと第2板状導体素子5aを差し込むようにしてもよい。
【0042】
図1に記載のアンテナ装置において、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5は、それぞれ同一の垂直面であるXY平面内に形成され、円弧の頂点(先端)が隙間をもって向き合うように配置される。第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4は、それぞれ異なる水平面(YZ平面)に配置され、第1円板状導体素子1の面上における最大半径となる部分で第1板状導体素子2の直線部分(基端)とが電気的に接続され、第2円板状導体素子4の面上における最大半径となる部分で第2板状導体素子5の直線部分(基端)とが電気的に接続される。同軸線路の第1給電線路3は第1板状導体素子2の円弧の頂点部(先端)に電気的に接続され、同軸線路の第2給電線路6の先端は第2板状導体素子5の円弧の頂点部(先端)で導通が確保される。また、同軸コネクタ7は第2円板状導体素子4にネジなどの固定手段で固定される。
【0043】
第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)との電気的な接続は、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の最大半径となる部分でなくても、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の中心や第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4が歪な形の場合の重心と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)とが接触しておればよい。これは、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4(アンテナ拡張素子:第1アンテナ拡張導体素子及び第2アンテナ拡張導体素子)の形状が三角形や四角形の場合(後述)の中心や重心でも同じことがいえる。つまり、第1アンテナ拡張導体素子及び第2アンテナ拡張導体素子と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)との電気的な接続は、第1アンテナ拡張導体素子及び第2アンテナ拡張導体素子の中心や重心と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)とが接触しておればよい。なお、最大半径での接続がよりよい理由は、最大半径に近づけば近づくほどアンテナ性能が向上するというものである。また、第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)の端部が第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の円周上(第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4が円形以外の場合は外形上)に、配置されること(所謂、面一)が理想的であるが、多少、第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)の端部が第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の内部に引っ込んでいてもよい(例えば、後述する図12に記載のアンテナ装置)。
【0044】
次に、動作原理について説明する。第1板状導体素子2と第2板状導体素子5とのそれぞれの円弧の頂点に、同軸線路の第1給電線路3と第2給電線路6がそれぞれ接続されることで、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5の隙間が給電点として動作し、アンテナの放射に寄与する電流が第1板状導体素子2及び第1円板状導体素子1、第2板状導体素子5及び第2円板状導体素子4に流れ、実施の形態1に係るアンテナ装置はダイポールアンテナとして動作する。つまり、ダイポールアンテナ素子が保有する空隙が給電点となる。実施の形態1に係るアンテナ装置は、第1板状導体素子2及び第1円板状導体素子1、第2板状導体素子5及び第2円板状導体素子4がダイポールアンテナ素子といえるが、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5を基本のダイポールアンテナ素子として、第1板状導体素子2と電気的に接続された第1円板状導体素子1と、第2板状導体素子5と電気的に接続された第2円板状導体素子4とは、それぞれ第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5を拡張するアンテナ素子である素子拡張板といえる。換言すると、素子拡張板である第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子(半円状の導体)が配置されている。
【0045】
特許文献1に記載のような従来技術のアンテナ装置は、低域周波数特性の改善のため、低域周波数向けの共振体を板状素子の切り欠き部内に設けていたが、スペース的に十分な共振長が確保しにくいことや、元々電流が流れにくいところに共振体を設置するために、その効果は小さいものであったが、実施の形態1に係るアンテナ装置は、板状素子(第1板状導体素子2、第2板状導体素子5)及び素子拡張板(第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4)を流れる電流は、円周部付近を多く流れるため、一般的な線状ダイポールアンテナと比較し、アンテナの高さは同じであっても、電流経路は長く確保でき、使用可能周波数が低域側に拡張される広帯域アンテナとしての特性を得ることができる。
【0046】
実施の形態1に係るアンテナ装置は、低域周波数特性を改善するための構造物として、素子拡張板(第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4)を付加している。素子拡張板は、それぞれ板状素子(第1板状導体素子2、第2板状導体素子5)の円周端又は円周端周辺に電気的に接続するので、板状素子に流れる電流を素子拡張板に伝達するのに都合が良い。また、板状素子の切り欠き内部に共振体を設けていた従来の手法(例えば、特許文献1参照)と比較し、素子拡張板は寸法を大きくすることが容易であるため、低域周波数の帯域拡大効果が高まる。さらに、素子拡張板は板状素子と直交する面に形成しているため、アンテナ構造の両端に容量性構造が付加されているのと等価となり、アンテナ装置の実効長が長くなり、低域周波数の帯域拡大効果はさらに高くなる利点も併せ持つ。
【0047】
これらのように、実施の形態1に係るアンテナ装置の高さは、従来技術と比較しても同等や同等以下に設定しても、低域周波数特性の改善効果の大きいアンテナを得ることが可能である。これは、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4とがXY平面(水平面)に配置されるため、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との厚み分だけしか、アンテナ装置の全長が伸びないためである。
【0048】
実施の形態1に係るアンテナ装置(図1)においては、電気的な接続手段に半田付けなどの一般的な手法を利用できるが、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2との電気的な接続(第2円板状導体素子4と第2板状導体素子5との電気的な接続)は、強度を考慮して、図2に示すようにL型アングル8(L型アングル9)を用いて行ってもよい。図2に記載のアンテナ装置は、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2とにそれぞれボルトを挿入する孔を開けて、その孔にL型アングル8を介してボルトを挿入して締め付け、L型アングル8及びボルトによって、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2とを固定することによって電気的な接続を得る。同じく、第2円板状導体素子4と第2板状導体素子5とにそれぞれボルトを挿入する孔を開けて、その孔にL型アングル9を介してボルトを挿入して締め付け、L型アングル9及びボルトによって、第2円板状導体素子1と第2板状導体素子2とを固定することによって電気的な接続を得る。
【0049】
実施の形態1に係るアンテナ装置に使用するL型アングル8(L型アングル9)は、半田付けと併用してもよい。また、L型アングル8(L型アングル9)は、図2(b)に示すように、第1円板状導体素子1(第2円板状導体素子4)の両面へ設けずに片面だけに設けてもよい。さらに、図2ではL型アングル8とL型アングル9とが、それぞれ2箇所に接地されているが、3箇所以上に形成してもよいし、垂直に交差する板状の導体部分の全体に亘って配置される長い形状のものを用いていもよい。
【0050】
図1及び2を用いて説明した実施の形態1に係るアンテナ装置は、レドーム10により覆ってもよい。図3に記載のアンテナ装置は、レドーム10によって周囲の大部分が覆われている。レドーム10は、第1円板状導体素子1を頭頂側で固定し、第2円板状導体素子4を開口側で固定することにより、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5とが板状の導体で形成されている場合や、それぞれ別の誘電体基板上に形成されている場合であっても、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5との距離(間隔、隙間、空隙)を維持することが容易である。もちろん、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5とが一つの誘電体基板に形成される場合や、別の部材により第1板状導体素子2と第2板状導体素子5との距離(間隔、空隙)を維持している場合でも、アンテナ装置にレドーム10を適用してもよい。
【0051】
図1〜3を用いて説明した実施の形態1に係るアンテナ装置は、アンテナ素子の放射に寄与する電流が、板状素子(第1板状導体素子2、第2板状導体素子5)及び素子拡張板(第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子5)の円周部付近を多く流れるため、板状素子、および素子拡張板には切り欠き部を設けてもアンテナ特性に与える影響は小さい。そのため、アンテナ構造内に回路部品などを配置するスペースを確保したい場合や、アンテナを軽量化したい場合は、図4に示すアンテナ装置のように、板状素子として第1板状導体素子2a、第2板状導体素子5aを用い、素子拡張板として第1円板状導体素子1a、第2円板状導体素子5aを用いるとよい。もちろん、図5に示すアンテナ装置のように、板状素子として第1板状導体素子2a、第2板状導体素子5aを用い、素子拡張板として第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子5を用いてもよいし、図示は省略するが、板状素子として第1板状導体素子2、第2板状導体素子5を用い、素子拡張板として第1円板状導体素子1a、第2円板状導体素子5aを用いてもよい。
【0052】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2について図6及び7を用いて説明する。実施の形態2に係るアンテナ装置は、実施の形態1に係るアンテナ装置のダイポールアンテナ素子に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された板状の直交導体素子(板状サブ素子)を有するものである。図6(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図6(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図7は実施の形態1及び2に係るアンテナ装置の動作利得図である。図6において、11は第1板状導体素子2に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された円形の板状の第1直交導体素子、12は第2板状導体素子5に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された円形の板状の第2直交導体素子である。第1直交導体素子11と第2直交導体素子12とは、共にXZ平面内に配置されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0053】
図6に記載のアンテナ装置の第1直交導体素子11は、第1板状導体素子2の半径以下となる直径を有する半円形状の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)が半円の直線部分で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第1板状導体素子2に対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第1直交導体素子11は第1板状導体素子2に直交している。なお、第1直交導体素子11が分割された構造でなく、第1板状導体素子2の方が分割された構造を採用してもよい。同じく、第2直交導体素子12は、第2板状導体素子5の半径以下となる直径を有する半円形状の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)が半円の直線部分で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第2板状導体素子5に対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第2直交導体素子12は第2板状導体素子5に直交している。なお、第2直交導体素子12が分割された構造でなく、第2板状導体素子5の方が分割された構造を採用してもよい。さらに、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12は、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5に直交する誘電体基板(後述する誘電体基板16)に形成してもよい。
【0054】
次に、動作原理に関して説明する。実施の形態1に係るアンテナ装置では、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が平面形状であることに起因して、高い周波数領域においては水平面のアンテナパターンを無指向性に確保するために、板状サブ素子が必要となる。実施の形態2は、その板状サブ素子を有するアンテナ装置である。高い周波数領域で動作しやすい小型の第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12を付加することで、高い周波数領域においては第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12がメインアンテナとして動作し、高い周波数領域でも無指向性が確保可能となる。つまり、実施の形態1に係るアンテナ装置は、実施の形態2に係るアンテナ装置のような板状サブ素子を形成することが容易な構造といえる。
【0055】
つまり、実施の形態2に係るアンテナ装置は、板状素子と素子拡張板とによるメインアンテナと、直交導体素子によるサブアンテナが組み合わされた複合アンテナとして動作する。低い周波数領域での水平面無指向特性が良好なメインアンテナと、高い周波数領域での水平面無指向特性が良好なサブアンテナの組み合わせにより、実施の形態1に係るアンテナ装置と比較し、より高い周波数領域まで水平面のアンテナパターンが無指向性となる広帯域アンテナを得ることができる。さらに、メインアンテナとサブアンテナは給電点を共用するため、アンテナ装置の給電系が複雑になることはない。
【0056】
図7は、実施の形態1に係るアンテナ装置(図1に記載の構造)と実施の形態2に係るアンテナ装置(図5に記載の構造)との角度ごとの所定周波数f1における動作利得を示している。それぞれ、供試品の計測値と計算機シミュレーションによる計算値を掲示している。なお、計算機シミュレーションには、有限差分時間領域法(FDTD法、Finite−difference Time−domain method)を用いた。図7から実施の形態2に係るアンテナ装置は、実測値、計算値共に、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12により、実施の形態1に係るアンテナ装置が持つ、角度によって生じるリップル状の動作利得の変動が改善されていることが分かるので、無指向性が向上しているといえる。なお、実測値、計算値ともに、第1板状素子2と第2板状素子5は誘電体基板(図1及び図5では記載していない)上に形成されたものを使った。
【0057】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3について図8〜13を用いて説明する。実施の形態3に係るアンテナ装置は、実施の形態2に係るアンテナ装置における第1円板状導体素子1又は第2円板状導体素子4、或いは、第1円板状導体素子1及び前記第2円板状導体素子4の円周上にリブ壁(円周リブ壁)を有するものである。図8(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図8(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図8(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図、図9、10、12は、図8(a)に記載の点線ABから下側のアンテナ装置を示す模式図、図11及び13は、図8(a)に記載の点線ABによる断面図でコネクタ7側を見た模式図である。また、図中に円周リブ壁を半透明で記している場合がある。
【0058】
図8〜13において、1bは第1円板状導体素子1の代替素子であり、円周上に第1円周リブ壁13を有する第1円板状導体素子、4bは第2円板状導体素子4の代替素子であり、円周上に第2円周リブ壁14を有する第2円板状導体素子、5bは第2板状導体素子5の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第2円周リブ壁14と電気的に接続されている(2bは第1板状導体素子2の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第1円周リブ壁13と電気的に接続されているが図示は省略する)。5cは第2板状導体素子5の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第2円周リブ壁14と接触していない(2cは第1板状導体素子2の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第1円周リブ壁13と接触していないが図示は省略する)。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0059】
図6に記載のアンテナ装置(実施の形態2)による第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4は、水平面(YZ平面)に形成される板状のものであったが、図8に記載のアンテナ装置は、素子拡張板の円の周囲をアンテナの内側に向けて伸長するリブ形状(リム形状)の第1円周リブ壁13及び第2円周リブ壁14とすることで、素子拡張板を流れる電流の経路がさらに長くなるため、アンテナの高さを変えずとも、より低い周波数領域まで使用が可能となる。また、アンテナに円筒状のカバーや笠状のレドーム10をつける場合も、リブ部分(リム部分)を利用することにより、固定が容易になるため、この構造は機構面でも有利となる。
【0060】
素子拡張板(第1円板状導体素子1b及び第2円板状導体素子4b)の伸長に関しては、図8〜13に示した円の全周を伸長させるリブ形状(リム形状)以外に、円周の一部、あるいは複数個所だけを伸長させてもよい。また、伸長部分は素子拡張板の円周のみに限定されるものではなく、円周から内側に寄った部位を伸長しても構わない。伸長部は図8に示す平面部分の第1円板状導体素子1b(第2円板状導体素子4b)に、円環状の金具を接続したり、導体棒やネジを接続したりして構成しても構わない。
【0061】
次に、第1円板状導体素子1b及び第2円板状導体素子4bと第1板状導体素子及び第2板状導体素子との電気的な接続の変形例を説明する。給電点(給電部)や給電線路である同軸線路(同軸コネクタ7を含む)以外の構成は、図8(a)の点線ABに対して、ほぼ線対称であるので、第2円板状導体素子4bと第2板状導体素子とを用いて説明する。図9は実施の形態2係るアンテナ装置に第2円板状導体素子4bを適用したものであり、変形例との対比用の構成である。その構成は第2円板状導体素子4bが、その平面上で第2板状導体素子5の半円の直線部分(基端)と電気的に接続され、第2円周リブ壁14に第2板状導体素子5の半円の直線部分(基端)の両端部が電気的に接続されている。
【0062】
変形例を説明する。図10及び11に記載のアンテナ装置は、第2円板状導体素子4bが、その平面上で第2板状導体素子5bの半円の直線部分(基端)との間が電気的に接続されずに空間を有している。第2円周リブ壁14に第2板状導体素子5bの半円の直線部分(基端)の両端部が電気的に接続されている。よって、その空間を、図4に記載のアンテナ装置(実施の形態1)と同様に、アンテナ構造内に回路部品などを配置するスペースを確保したい場合や、アンテナを軽量化したい場合に利用することができる。また、図12及び13に記載のアンテナ装置は、第2円板状導体素子4bが、その平面上で第2板状導体素子5cの半円の直線部分(基端)と電気的に接続され、第2円周リブ壁14に第2板状導体素子5cの半円の直線部分(基端)の両端部が電気的に接続されていない。つまり、第2板状導体素子5cの半径は、第2円板状導体素子4bの半径よりも、若干小さい。よって、第2円周リブ壁14と第2板状導体素子5cとの製造公差を大きく設定することができる。なお、図12に示すアンテナ装置は、第1円周リブ壁13及び第2円周リブ壁14が無い構成でも実施可能である。
【0063】
実施の形態4.
この発明の実施の形態4について図14〜23を用いて説明する。実施の形態4に係るアンテナ装置は、実施の形態2に係るアンテナ装置に誘電体基板を用いたものである。図14(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図14(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図15(a)(b)は導体パターン形成前の誘電体基板構成図、図15(c)(d)は導体パターン形成後の誘電体基板構成図、図16(a)は導体パターン及びスルーホール形成後の誘電体基板構成図(一方の主面)、図16(b)は導体パターン及びスルーホール形成後の誘電体基板構成図(他方の主面)、図16(c)は第1板状導体素子及び第2板状導体素子へ第1直交導体素子及び第2直交導体素子を接続する前のイメージ図、図16(d)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図(図14(b)と同じ図であるが、誘電体基板にスルーホールが形成されている。)、図17(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図17(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図18(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図18(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図19(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図19(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図である。
【0064】
図14〜23において、11aは第1直交導体素子11の代替素子であり、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12よりも小径の第1直交導体素子、15は第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が表面又は内部に形成された誘電体基板、16は第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が表面又は内部に形成された誘電体基板である。誘電体基板15及び誘電体基板16は両面に対応の導体パターンによる導体素子が形成されてもよい。17は誘電体基板15又は誘電体基板16の基板内部を貫通して一方の主面と他方の主面とのそれぞれに開口を有し、内面が半田などでメタライズされたスルーホール、17pはスルーホール17が形成された誘電体基板15又は誘電体基板16の他方の主面に形成された導体パターンであり、スルーホール17の開口周辺に形成され、スルーホール17と電気的に連続した導体パッドである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0065】
図14〜23において、17aは誘電体基板15の基板内部を貫通して一方の主面と他方の主面とのそれぞれに開口を有し、内面が半田などでメタライズされたもので、誘電体基板15の両面へ面対称の配置で第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が形成された互いのパターンの導通をとるスルーホール、17bは誘電体基板16の基板内部を貫通して一方の主面と他方の主面とのそれぞれに開口を有し、内面が半田などでメタライズされたもので、誘電体基板16の両面へ面対称の配置で第1直交導体素子16及び第2直交導体素子17が形成された互いのパターンの導通をとるスルーホールである。スルーホール17aは、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5の外形周辺に形成され、スルーホール17bは、第1直交導体素子16及び第2直交導体素子17の外形周辺に形成される。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0066】
図14は、実施の形態4に係るアンテナ装置の構成図であり、実施の形態2に係るアンテナ装置との相違点は、板状素子を誘電体基板15に、板状サブ素子を誘電体基板16にそれぞれ形成した点である。誘電体基板15及び誘電体基板16はフッ素樹脂やガラスエポキシなどの誘電体表面に、銅箔などの薄膜金属が貼り付けられているプリント基板である。この薄膜金属により板状素子や板状サブ素子が形成される。動作原理は、実施の形態2に示すものと同じである。板状素子や板状サブ素子を誘電体基板上に形成しているため、誘電体の波長短縮効果により電気的な寸法は物理寸法よりも大きくなるため、さらに低域周波数特性の向上が可能となる。
【0067】
誘電体基板15と誘電体基板16とを直交させる方法としては、図15(a)(b)にそれぞれ示す切り欠きを有した誘電体基板15及び誘電体基板16に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)や板状サブ素子(第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12)の導体パターンを形成してから、切り欠き同士を嵌合して交差させる場合や、実施の形態2及び3の誘電体基板を用いないアンテナ装置のように、板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)又は板状サブ素子(第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12)の少なくともいずれか一方をX軸方向に分断したものを用いればよい。
【0068】
図15に記載の誘電体基板15及び誘電体基板16を図14に記載のアンテナ装置に適用するとき、このような二通りの場合でも、第1板状導体素子2及び第1直交導体素子11、第2板状導体素子5及び第2直交導体素子12との給電点が、それぞれ一致するように、誘電体基板15及び誘電体基板16にスルーホール17などの構成を追加する必要がある。これは、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が誘電体基板15の片面(一方の主面)にのみ形成する場合は、他方の主面に接触する第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12(誘電体基板16に形成)と第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5との導通がとれないためである。第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が誘電体基板16の片面(一方の主面)にのみ形成する場合も同様である。スルーホール17の例は次に別の直交させる方法とともに一例を説明する。
【0069】
別の誘電体基板15と誘電体基板16とを直交させる方法としては、図16に示すようなものがある。まず、図16(a)(b)に示すように、誘電体基板15に形成された第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が線対称となる位置に直線状に複数のスルーホール17を形成する。第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が形成された面に対向する面には、導体パッド17pが形成されている。次に、図16(c)に示すように、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が形成された誘電体基板16を第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が線対称となる位置で分割したような二つの誘電体基板16を作成し、一方の誘電体基板16の第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が誘電体基板15における一方の面のスルーホール17へ接触させ、他方の誘電体基板16の第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が誘電体基板15における他方の面のスルーホール17(導体パッド17p)へ接触させてから、誘電体基板15と誘電体基板16とを半田やL型アングル8(L型アングル9)で固定することにより、図16(d)に示すようなアンテナ装置を得る。なお、図16(d)では、導体パッド17pの図示は省略している。
【0070】
図16に記載のスルーホール17と導体パッド17pとを用いる手法は、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12を形成した誘電体基板16に用いてもよい。その場合は、誘電体基板15を第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が線対称となる位置で分割したような二つの誘電体基板15を作成する。また、スルーホール17と導体パッド17pを用いる手法は、図15を用いて説明した切り欠きを有する誘電体基板15及び誘電体基板16に適用してもよい。この場合、それぞれの切り欠きの延長線上に、直線状に配列された複数のスルーホール17(複数の導体パッド17p)を形成すればよい。
【0071】
次に、実施の形態4の変形例を説明する。使用する誘電体基板15及び誘電体基板16は、図15及び16に記載のものでよい。図17は、図14に記載のアンテナ装置とは異なり、誘電体基板15の両面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成されたアンテナ装置である。両面に形成された第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5は、それぞれスルーホール17aにて導通させてもよい。図18は、図14及び17に記載されたアンテナ装置と異なり、誘電体基板16を用いていないアンテナ装置である。なお、誘電体基板15の片面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成されている。図19は、図14及び18に記載のアンテナ装置とは異なり、誘電体基板15の両面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成され、誘電体基板16を用いていないアンテナ装置である。図20は、図19に記載のアンテナ装置の誘電体基板15内に形成されたスルーホール17の模式断面図である。図20は、XY平面の断面図であるが、スルーホール17aが誘電体基板15を貫通している箇所を選択して図示しているイメージ図であり、実際は、必ずしも一つの平面に全てのスルーホール17aがあるわけでない。
【0072】
続いて、図21は、図17〜19に記載のアンテナ装置と異なり、誘電体基板15の両面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成され、誘電体基板16の両面に直交導体素子(第1直交導体素子16及び第2直交導体素子17)が形成されたアンテナ装置である。図22(a)は、図21に記載のアンテナ装置の誘電体基板15内に形成されたスルーホール17の模式断面図である。図22(b)は、図21に記載のアンテナ装置の誘電体基板15内に形成されたスルーホール17の模式断面図である。図22(a)は、XY平面の断面図であるが、スルーホール17aが誘電体基板15を貫通している箇所を選択して図示しているイメージ図であり、実際は、必ずしも一つの平面に全てのスルーホール17aがあるわけでない。同じく、図22(b)は、XZ平面の断面図であるが、スルーホール17bが誘電体基板16を貫通している箇所を選択して図示しているイメージ図であり、実際は、必ずしも一つの平面に全てのスルーホール17bがあるわけでない。
【0073】
図23に記載のアンテナ装置は、実施の形態2〜3では、板状サブ素子を全て同じ寸法で示しているが、図23に示すように上側の直交導体素子(第1直交導体素子11a)と、下側の直交導体素子(第2直交導体素子12)とに異なる寸法を与えてもよい。この場合、高い周波数領域では仰角パターンが非対称となるので、所望の仰角方向にアンテナ放射を強めることが可能となる。この内容は第1板状導体素子2、第2板状導体素子5や第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4に関しても適用できるものである。
【0074】
図14〜23を用いて説明した実施の形態4では、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5と第1直交導体素子11、第2直交導体素子12を誘電体基板15と誘電体基板16とに形成しているが、第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4も誘電体基板に形成しても構わない。また、多層基板を用いて誘電体内部に形成しても良く、この場合は波長短縮効果がさらに高まるため、より低域周波数特性の向上が実現できる。なお、誘電体はプリント基板に限定するものではなく、任意の誘電体材料を使用しても構わない。
【0075】
実施の形態5.
この発明の実施の形態5について図24〜26を用いて説明する。実施の形態5に係るアンテナ装置は、実施の形態1〜4では、円形や半円であった板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)や板状サブ素子(第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12)の別構造を適用したものである。板状素子や板状サブ素子は、四角形の板でもよいが、面積の拡大を避けつつ、効率よく電流経路を長くするためには、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4側が給電点(給電部)側よりも広い板状の素子の方がよい。図24(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図24(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図25(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図25(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図26(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図26(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図である。
【0076】
図24〜26において、2tは第1円板状導体素子1の面上に基端(詳しくは、二等辺三角形の底辺、)が電気的に接続され、第1円板状導体素子1に対して起立した三角形状の導体である第1板状導体素子、5tは第2円板状導体素子4の面上に基端(詳しくは、二等辺三角形の底辺)が電気的に接続され、先端(詳しくは、基端とした三角形の底辺に対向する頂点)が第1板状導体素子2tの先端(詳しくは、基端とした三角形の底辺に対向する頂点)と対向し、第2円板状導体素子4に対して起立した三角形状の導体である第2板状導体素子である。第1板状導体素子2t及び第2板状導体素子5tは誘電体基板15の表面又は内部に形成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0077】
図24〜26において、11tは第1板状導体素子2tに直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された三角形(二等辺三角形)の板状の第1直交導体素子、12は第2板状導体素子5に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された三角形(二等辺三角形)の板状の第2直交導体素子である。第1直交導体素子11と第2直交導体素子12とは、共にXZ平面内に配置される。また、第1直交導体素子11tの底辺は第1円板状導体素子1の面上に電気的に接続され、第2直交導体素子12tの底辺は第2円板状導体素子4の面上に電気的に接続されている。つまり、これらの2素子は、第1板状導体素子2t及び第2板状導体素子5tと同様に、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の面上に起立した状態になっている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0078】
図24〜26において、2t1は第1板状導体素子2tの底辺以外の二辺が階段状になっている第1板状導体素子、5t1は第2板状導体素子5tの底辺以外の二辺が階段状になっている第2板状導体素子、2t2は第1板状導体素子2tの底辺以外の二辺に溝形状(ノッチ状)の切り欠きを有する第1板状導体素子、5t2は第2板状導体素子5tの底辺以外の二辺に溝形状(ノッチ状)の切り欠きを有する第2板状導体素子である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0079】
図24に記載のアンテナ装置の第1直交導体素子11tは、三角形の第1板状導体素子2tと同じ高さを有する直角三角形の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)の底辺と直角に結ばれている辺同士で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第1板状導体素子2tに対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第1直交導体素子11tは第1板状導体素子2tに直交している。なお、第1直交導体素子11tが分割された構造でなく、第1板状導体素子2tの方が分割された構造を採用してもよい。同じく、第2直交導体素子12tは、三角形の第2板状導体素子5tと同じ高さを有する直角三角形の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)の底辺と直角に結ばれている辺同士で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第2板状導体素子5tに対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第2直交導体素子12tは第2板状導体素子5tに直交している。なお、第2直交導体素子12tが分割された構造でなく、第2板状導体素子5tの方が分割された構造を採用してもよい。さらに、第1直交導体素子11t及び第2直交導体素子12tは、第1板状導体素子2t及び第2板状導体素子5tに直交する誘電体基板16に形成してもよい。
【0080】
実施の形態2〜4に係るアンテナ装置では、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5と第1直交導体素子11、第2直交導体素子とを円形・半円形状としているが、形状は半円形状に限定されるものではなく、図24に示す実施の形態5に係るアンテナ装置のように、三角形状などにしてもよい。これは第1円形板状導体素子1、第2円形板状導体素子4に関しても同様であり、円形状の他に四角形状などにしても構わない。これらの内容は他の実施の形態に関しても同様である。
【0081】
さらには、図25、図26に示すように、第1板状導体素子2t、第2板状導体素子5tの周囲を階段状にしたり、溝形状を設けたりして電流経路を長くする工夫を施しても良く、この場合は低域周波数特性のさらなる改善に効果がある。図25に示すアンテナ装置は、第1板状導体素子2t1、第2板状導体素子5t1の底辺を除く二辺が階段状(段切り状)になっており、第1板状導体素子2t、第2板状導体素子5tよりも電流経路が長くなっている。図26に示すアンテナ装置は、第1板状導体素子2t2、第2板状導体素子5t2の底辺を除く二辺に溝(切り欠き)を複数有しており、第1板状導体素子2t、第2板状導体素子5tよりも電流経路が長くなっている。当然これらの工夫は素子拡張板(第1円板状導体素子、第2円板状導体素子)や直交導体素子(第1直交導体素子、第2直交導体素子)に対して施してもよい。これらの複雑な形状に対しても、誘電体基板15・誘電体基板16(誘電体によるプリント基板)を使用すれば容易に対応することができる。
【0082】
実施の形態6.
この発明の実施の形態6について図27及び28を用いて説明する。実施の形態6に係る装置は、実施の形態1〜5(特に、実施の形態2〜5)に係るアンテナ装置に導波器を付加したものである。図27(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図27(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図28は実施の形態1及び6に係るアンテナ装置の動作利得図である。図27において、18は誘電体基板16に形成された導波器である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0083】
図27に記載のアンテナ装置と図14に記載のアンテナ装置(実施の形態4)との相違点は、誘電体基板16に二つの導波器184が形成されている点である。次に、動作原理に関して説明する。第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12により高い周波数領域での特性が良好となる実施の形態4と基本的な動作原理は同じであるが、二つの導波器18が付加されたことで、導波器18が動作する周波数では、給電部から導波器を結ぶ直線方向にアンテナの放射が強められる特性を得られる。導波器の動作原理・寸法による動作周波数・配置位置は、一般的に知られる八木・宇田アンテナによるものと同じである(例えば、特許文献2)。
【0084】
図28は、実施の形態1に係るアンテナ装置(図1に記載の構造)と実施の形態6に係るアンテナ装置(図27に記載の構造)との角度ごとの所定周波数f2(所定周波数f1よりも高い周波数)における動作利得を示している。それぞれ、供試品の計測値と計算機シミュレーションによる計算値を掲示している。なお、計算機シミュレーションには、有限差分時間領域法(FDTD法、Finite−difference Time−domain method)を用いた。図28から実施の形態6に係るアンテナ装置は、実測値、計算値共に、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12及び導波器18により、実施の形態1に係るアンテナ装置が持つ、角度によって生じるリップル状の動作利得の変動が改善されていることが分かるので、無指向性が向上しているといえる。なお、図1に記載のアンテナ装置は、実測値、計算値ともに、第1板状素子2と第2板状素子5は誘電体基板15上に形成されたものを使った。
【0085】
導波器18の動作する周波数を第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12の動作周波数より高く設定すれば、実施の形態4と比較し、さらに高い周波数領域まで良好な特性を得られる広帯域アンテナが実現できる。また、図27による実施の形態6では、導波器18を誘電体基板16上に形成しているが、導波器18の設置位置は誘電体基板16上に限定されるものではなく、個数も二つに限定されるものではない。もちろん、誘電体基板16を用いないアンテナ装置や誘電体基板16を有してはいるが、導波器18を設けるスペースがないアンテナ装置においては、導波器18が導波器として動作する位置に導体パターンや棒状の導体を配置して、その位置が維持できるように固定すればよい。例えば、レドーム10に導波器18を形成する。第1円板状導体素子1や第2円板状導体素子4に、絶縁性の物質を介して導波器18を固定するなどが考えられる。
【符号の説明】
【0086】
1・・第1円板状導体素子、1a・・第1円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、1b・・第1円板状導体素子、2・・第1板状導体素子、2a・・第1板状導体素子(半円状の切り欠き)、2b・・第1板状導体素子、2c・・第1板状導体素子、2t・・第1板状導体素子、2t1・・第1板状導体素子、2t2・・第1板状導体素子、3・・第1給電線路(同軸線路の中心導体)、4・・第2円板状導体素子、4a・・第2円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、4c・・第2円板状導体素子、5・・第2板状導体素子、5a・・第2板状導体素子(半円状の切り欠き)、5b・・第2板状導体素子、5c・・第2板状導体素子、5t・・第2板状導体素子、5t1・・第2板状導体素子、5t2・・第2板状導体素子、6・・第2給電線路(同軸線路の外導体)、7・・同軸コネクタ、8・・L型アングル、9・・L型アングル、10・・レドーム、11・・第1直交導体素子、11a・・第1直交導体素子(小径)、11t・・第1直交導体素子、12・・第2直交導体素子、12t・・第2直交導体素子、13・・第1円周リブ壁、14・・第2円周リブ壁、15・・誘電体基板、16・・誘電体基板、17・・スルーホール、17p・・導体パッド、17a・・スルーホール、17b・・スルーホール、18・・導波器。
【技術分野】
【0001】
この発明は、無線装置が具備するアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、アンテナ装置における広帯域化の技術には、切り欠き部を備える半円形状の放射素子をダイポールアンテナとして動作させるものがある(例えば、特許文献1参照)。このようなアンテナ装置において、電波の放射に寄与する電流の多くは、半円形状素子の円周に沿った部分を流れるため、半円形状素子の内側に切り欠き部を設けてもアンテナ特性に与える影響は小さいが、切り欠き部に回路装置や別の放射素子を設けることが可能なスペース効率に優れるという特徴がある。
【0003】
また、半円形状素子を直交に組み合わせることで、広帯域にわたり水平面のアンテナパターン(放射パターン)の無指向性を確保できる。さらに、半円形状素子による共振周波数よりも低い周波数で動作する共振体を切り欠き部に形成することで、アンテナの高さ寸法を変えることなく、最低共振周波数を下げることが可能なものである。なお、放射素子の寸法を小さくするために、誘電体基板上に放射素子を形成することが一般的である(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平9−223921号公報(第1図、第2図、第7図、第16図、第21図など)
【特許文献2】特開2002−246839号公報(第1〜4図、第7図など)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献1に記載のアンテナ装置では、半円形状素子による共振周波数よりも低い周波数で動作する共振体を切り欠き部に設けることで、広帯域化を図ることができるが、共振体の大きさを半円形状素子より小さくする必要があるため、共振体の保有する帯域は狭いという課題があった。
【0006】
また、特許文献1に記載のアンテナ装置では、放射に寄与する電流の多くも半円形状素子の円周に沿った部分を流れるために、半円形状素子の切り欠き部に設けられた共振体への流れこみは小さく、アンテナ全体に対する共振体の寄与量も小さい。そのため、共振体による最低共振周波数の拡大帯域は狭く、その効果も小さいものとなるという課題もあった。
【0007】
さらに、広帯域に高い周波数まで使用した場合、アンテナ(放射素子)上の電流分布に節が生じて、仰角面のアンテナパターンは乱れる。そのため、仰角面に直交する水平面では、アンテナ利得の低くなる周波数が生じ、放射素子に半円形状素子を直交に組み合わせて、広帯域に水平面無指向性を確保しても、利得の低い状態のまま無指向性を維持することとなるという課題もあった。
【0008】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、アンテナの全長に大きな影響を与えることなく、最低共振周波数の拡大効果を高め、水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を得られることの可能性を高めた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】
【0009】
請求項1の発明に係るアンテナ装置は、第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするものである。
【0010】
請求項2の発明に係るアンテナ装置は、第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするものである。
【0011】
請求項3の発明に係るアンテナ装置は、前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子が、円周上にリブ壁を有する請求項1又は2に記載のものである。
【0012】
請求項4の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子が、半円形又は三角形である請求項1〜3のいずれかに記載のものである。
【0013】
請求項5の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子が、外形が階段状又はノッチ状である請求項1〜4のいずれかに記載のものである。
【0014】
請求項6の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の直交導体素子を有する請求項1〜5のいずれかに記載のものである。
【0015】
請求項7の発明に係るアンテナ装置は、前記直交導体素子が、円形又は三角形である請求項6に記載のものである。
【0016】
請求項8の発明に係るアンテナ装置は、前記直交導体素子が、外形が階段状又はノッチ状である請求項6又は7に記載のものである。
【0017】
請求項9の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子が、前記第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、前記第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子とを具備する請求項1〜8のいずれかに記載のものである。
【0018】
請求項10の発明に係るアンテナ装置は、第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするものである。
【0019】
請求項11の発明に係るアンテナ装置は、前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子が、円周上にリブ壁を有する請求項10に記載のものである。
【0020】
請求項12の発明に係るアンテナ装置は、前記第1板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第1直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のものである。
【0021】
請求項13の発明に係るアンテナ装置は、前記第2板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第2直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のものである。
【0022】
請求項14の発明に係るアンテナ装置は、前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子が、同一平面内に存在する請求項10〜13のいずれかに記載のものである。
【0023】
請求項15の発明に係るアンテナ装置は、前記第1円板状導体素子を頭頂側で固定し、前記第2円板状導体素子を開口側で固定するレドームを有する請求項1〜14のいずれかに記載のものである。
【0024】
請求項16の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子、又は、前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子が、誘電体基板の表面又は誘電体基板の内部に形成された請求項1〜15のいずれかに記載のものである。
【0025】
請求項17の発明に係るアンテナ装置は、前記誘電体基板が、表面又は内部に導波器となる無給電素子が形成された請求項16に記載のものである。
【0026】
請求項18の発明に係るアンテナ装置は、円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上又はそれぞれのリブ壁に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするものである。
【0027】
請求項19の発明に係るアンテナ装置は、円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上、又は、前記第1円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上、又は、前記第2円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするものである。
【0028】
請求項20の発明に係るアンテナ装置は、前記ダイポールアンテナ素子、又は、第1板状導体素子及び第2板状導体素子が、前記第1円板状導体素子のリブ壁及び前記第2円板状導体素子のリブ壁との間に配置された誘電体基板の表面又内部に形成された請求項18又は19に記載のものである。
【発明の効果】
【0029】
以上のように、この発明によれば、対向する第1円板状導体素子と第2円板状導体素子との間に板状の素子を配置したことにより、アンテナの全長に大きな影響を与えることなく、最低共振周波数の拡大効果をより高め、かつ、水平面の利得を高いアンテナ装置を得ることができる。
【0030】
また、請求項6〜8、及び、請求項6〜8を引用する請求項9に係る発明によれば、前段落で説明した効果に加え、板状の直交導体素子により、高い周波数領域であっても水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を有するアンテナ装置を得ることができる。
【0031】
請求項12、請求項13、請求項12及び13を引用する請求項14〜17に係る発明によれば、前々段落で説明した効果に加え、板状の第1直交導体素子又は板状の第2直交導体素子により、高い周波数領域であっても水平面の利得を高く確保したまま広帯域に無指向性を有するアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図3】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図4】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図5】この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置構成図である。
【図6】この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置構成図である。
【図7】この発明の実施の形態1及び2に係るアンテナ装置の動作利得図である。
【図8】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図9】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図10】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図11】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の断面図である。
【図12】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置構成図である。
【図13】この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の断面図である。
【図14】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図15】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の基板構成図である。
【図16】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の基板構成図である。
【図17】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図18】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図19】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図20】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の模式断面図である。
【図21】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図22】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置の模式断面図である。
【図23】この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置構成図である。
【図24】この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置構成図である。
【図25】この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置構成図である。
【図26】この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置構成図である。
【図27】この発明の実施の形態6に係るアンテナ装置構成図である。
【図28】この発明の実施の形態1及び6に係るアンテナ装置の動作利得図である。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。構成品には図中に番号を併記し、各実施の形態において、同一構成品には説明を繰り返さない。これは、各実施の形態の構成を適宜入れ替えることを制限しない。つまり、各実施の形態で共通的な構成は、上位の実施の形態で説明が済んでおれば下位の実施の形態で再掲しない。なお、各実施の形態に記載する本発明の構成はその1例であり、実施の形態に示すもののみに本発明が拘束されるものではない。図面中のX、Y、Zの表記は、X軸、Y軸、Z軸がそれぞれ相互に直交する極座標空間を示すものとする。また、この極座標空間の原点に本願に係るアンテナ装置が配置されているとする。YZ平面を水平面とし、その水平面に対して仰角面が直交しているものとする。
【0034】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1について図1〜5を用いて説明する。図1(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図1(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図1(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図、図2(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図2(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図3(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面透視図、図3(b)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図4(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図4(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図4(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図、図5(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図5(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図5(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図である。
【0035】
図1〜5において、1は円板状の導体である第1円板状導体素子、2は第1円板状導体素子1の面上に基端が電気的に接続され(導通)、第1円板状導体素子1に対して起立した半円板状の導体である第1板状導体素子、3は第1板状導体素子2の先端に電気的に接続された第1給電線路(同軸線路の芯線(中心導体))、4は第1円板状導体素子1に対向する円板状の導体である第2円板状導体素子、5は第2円板状導体素子4の面上に基端が電気的に接続され、先端が第1板状導体素子2の先端と対向し、第2円板状導体素子4に対して起立した半円板状の導体である第2板状導体素子、6は第2板状導体素子5の先端に電気的に接続され、第1給電線路と共に同軸線路を形成して第2板状導体素子5上に配置された第2給電線路(同軸線路の外導体)、7は第2板状導体素子4に固定され、第1給電線路3と第2給電線路6とから構成される同軸線路と接続されたSMA型の同軸コネクタである。なお、第1給電線路3と第2給電線路6とから構成される同軸線路は、セミリジットケーブルなどの同軸ケーブルを用いればよく、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5との空隙にある給電点に電気的に接続できるようなもの、つまり、空隙がアンテナの給電点として動作できるようなものであれば、第2板状導体素子5上に配置する必要はない。また、第1円板状導体素子1や第1円板状導体素子2などの各種板状導体素子は、アルミ、銅などの板状金属を用いて形成すればよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0036】
第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との半径は、同一又は略同一であり、第1板状導体素子(半円)2と第2板状導体素子5(半円)との半径は、同一又は略同一であるように、設計するとアンテナパターンが良好なアンテナ装置を得ることができる。また、第1板状導体素子(半円)及び第2板状導体素子5(半円)の半径は、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の半径と同一、若干長い、若干短いなどの場合が想定される。
【0037】
図1〜5において、8はL字状に屈曲した導体板でボルトを挿入する孔を有し、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2とにそれぞれボルトで締め付けれ、第1円板状導体素子1上に対して垂直に第1板状導体素子2を起立した状態を保つL型アングル、9はL字状に屈曲した導体板でボルトを挿入する孔を有し、第2円板状導体素子4と第2板状導体素子5とにそれぞれボルトで締め付けれ、第2円板状導体素子4上に対して垂直に第2板状導体素子4を起立した状態を保つL型アングルである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0038】
図1〜5において、10はレドームである。レドーム10は頭頂部が封鎖された笠状の円筒であり、第1円板状導体素子1を頭頂側で固定し、第2円板状導体素子4を開口側で固定するものである。もちろん、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4のいずれか一方だけを固定していてもよい。第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5を後述する誘電体基板に形成せずに、アルミ、銅などの板状金属を用いたものである場合は、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5そのものの支持と第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5との間にある空隙の維持をレドーム10によって行ってもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0039】
図1〜5において、1aは第1円板状導体素子1の代替素子であり、円板状の第1円板状導体素子1における内部を円状に切り欠いた第1円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、4aは第2円板状導体素子4の代替素子であり、円板状の第2円板状導体素子4における内部を円状に切り欠いた第2円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、2aは第1板状導体素子2の代替素子であり、半円状の第1板状導体素子2における第1円板状導体素子1寄りの部分の一部を半円状に切り欠いた第1板状導体素子(半円状の切り欠き)、5aは第2板状導体素子5の代替素子であり、半円状の第2板状導体素子5における第2円板状導体素子4寄りの部分の一部を半円状に切り欠いた第2板状導体素子(半円状の切り欠き)である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0040】
図4及び5において、第1円板状導体素子1a及び第2円板状導体素子4aは、内部に、外形の円と同心の円状の切り欠き(孔)を有しているが、任意の形状でもよい。また、第1板状導体素子2aと第2板状導体素子5aは、その円形の外形(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5の外形、つまり、弧に相当する部分)と同心の半円状の切り欠きを内部(「内部」とは、第1板状導体素子2(2a)及び第2板状導体素子5(5a)に孔状に形成されたものと、第1板状導体素子2(2a)及び第2板状導体素子5(5a)の直線部分(基端)側から切り欠かれたものとの両方を指すとする)に有している。なお、半円状の切り欠きは、任意の形状でもよい。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0041】
第1板状導体素子2aと第2板状導体素子5aとは、その円形の外形と同心の半円状の切り欠きを内部に有しているので、それぞれ第1円板状導体素子1(1a)と第2円板状導体素子4(4a)との接触部分が少なくなっている。よって、第1板状導体素子2a(第2板状導体素子5a)を第1円板状導体素子1(1a)(第2円板状導体素子4(4a))の面上に基端が電気的に接続され、第1円板状導体素子1(1a)(第2円板状導体素子4(4a))に対して起立させるため、それぞれ第1円板状導体素子1(1a)(第2円板状導体素子4(4a))に切り欠き又は孔を形成して、第1板状導体素子2aと第2板状導体素子5aを差し込むようにしてもよい。
【0042】
図1に記載のアンテナ装置において、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5は、それぞれ同一の垂直面であるXY平面内に形成され、円弧の頂点(先端)が隙間をもって向き合うように配置される。第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4は、それぞれ異なる水平面(YZ平面)に配置され、第1円板状導体素子1の面上における最大半径となる部分で第1板状導体素子2の直線部分(基端)とが電気的に接続され、第2円板状導体素子4の面上における最大半径となる部分で第2板状導体素子5の直線部分(基端)とが電気的に接続される。同軸線路の第1給電線路3は第1板状導体素子2の円弧の頂点部(先端)に電気的に接続され、同軸線路の第2給電線路6の先端は第2板状導体素子5の円弧の頂点部(先端)で導通が確保される。また、同軸コネクタ7は第2円板状導体素子4にネジなどの固定手段で固定される。
【0043】
第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)との電気的な接続は、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の最大半径となる部分でなくても、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の中心や第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4が歪な形の場合の重心と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)とが接触しておればよい。これは、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4(アンテナ拡張素子:第1アンテナ拡張導体素子及び第2アンテナ拡張導体素子)の形状が三角形や四角形の場合(後述)の中心や重心でも同じことがいえる。つまり、第1アンテナ拡張導体素子及び第2アンテナ拡張導体素子と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)との電気的な接続は、第1アンテナ拡張導体素子及び第2アンテナ拡張導体素子の中心や重心と第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)とが接触しておればよい。なお、最大半径での接続がよりよい理由は、最大半径に近づけば近づくほどアンテナ性能が向上するというものである。また、第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)の端部が第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の円周上(第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4が円形以外の場合は外形上)に、配置されること(所謂、面一)が理想的であるが、多少、第1板状導体素子2の直線部分(基端)及び第2板状導体素子5の直線部分(基端)の端部が第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の内部に引っ込んでいてもよい(例えば、後述する図12に記載のアンテナ装置)。
【0044】
次に、動作原理について説明する。第1板状導体素子2と第2板状導体素子5とのそれぞれの円弧の頂点に、同軸線路の第1給電線路3と第2給電線路6がそれぞれ接続されることで、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5の隙間が給電点として動作し、アンテナの放射に寄与する電流が第1板状導体素子2及び第1円板状導体素子1、第2板状導体素子5及び第2円板状導体素子4に流れ、実施の形態1に係るアンテナ装置はダイポールアンテナとして動作する。つまり、ダイポールアンテナ素子が保有する空隙が給電点となる。実施の形態1に係るアンテナ装置は、第1板状導体素子2及び第1円板状導体素子1、第2板状導体素子5及び第2円板状導体素子4がダイポールアンテナ素子といえるが、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5を基本のダイポールアンテナ素子として、第1板状導体素子2と電気的に接続された第1円板状導体素子1と、第2板状導体素子5と電気的に接続された第2円板状導体素子4とは、それぞれ第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5を拡張するアンテナ素子である素子拡張板といえる。換言すると、素子拡張板である第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子(半円状の導体)が配置されている。
【0045】
特許文献1に記載のような従来技術のアンテナ装置は、低域周波数特性の改善のため、低域周波数向けの共振体を板状素子の切り欠き部内に設けていたが、スペース的に十分な共振長が確保しにくいことや、元々電流が流れにくいところに共振体を設置するために、その効果は小さいものであったが、実施の形態1に係るアンテナ装置は、板状素子(第1板状導体素子2、第2板状導体素子5)及び素子拡張板(第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4)を流れる電流は、円周部付近を多く流れるため、一般的な線状ダイポールアンテナと比較し、アンテナの高さは同じであっても、電流経路は長く確保でき、使用可能周波数が低域側に拡張される広帯域アンテナとしての特性を得ることができる。
【0046】
実施の形態1に係るアンテナ装置は、低域周波数特性を改善するための構造物として、素子拡張板(第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4)を付加している。素子拡張板は、それぞれ板状素子(第1板状導体素子2、第2板状導体素子5)の円周端又は円周端周辺に電気的に接続するので、板状素子に流れる電流を素子拡張板に伝達するのに都合が良い。また、板状素子の切り欠き内部に共振体を設けていた従来の手法(例えば、特許文献1参照)と比較し、素子拡張板は寸法を大きくすることが容易であるため、低域周波数の帯域拡大効果が高まる。さらに、素子拡張板は板状素子と直交する面に形成しているため、アンテナ構造の両端に容量性構造が付加されているのと等価となり、アンテナ装置の実効長が長くなり、低域周波数の帯域拡大効果はさらに高くなる利点も併せ持つ。
【0047】
これらのように、実施の形態1に係るアンテナ装置の高さは、従来技術と比較しても同等や同等以下に設定しても、低域周波数特性の改善効果の大きいアンテナを得ることが可能である。これは、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4とがXY平面(水平面)に配置されるため、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との厚み分だけしか、アンテナ装置の全長が伸びないためである。
【0048】
実施の形態1に係るアンテナ装置(図1)においては、電気的な接続手段に半田付けなどの一般的な手法を利用できるが、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2との電気的な接続(第2円板状導体素子4と第2板状導体素子5との電気的な接続)は、強度を考慮して、図2に示すようにL型アングル8(L型アングル9)を用いて行ってもよい。図2に記載のアンテナ装置は、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2とにそれぞれボルトを挿入する孔を開けて、その孔にL型アングル8を介してボルトを挿入して締め付け、L型アングル8及びボルトによって、第1円板状導体素子1と第1板状導体素子2とを固定することによって電気的な接続を得る。同じく、第2円板状導体素子4と第2板状導体素子5とにそれぞれボルトを挿入する孔を開けて、その孔にL型アングル9を介してボルトを挿入して締め付け、L型アングル9及びボルトによって、第2円板状導体素子1と第2板状導体素子2とを固定することによって電気的な接続を得る。
【0049】
実施の形態1に係るアンテナ装置に使用するL型アングル8(L型アングル9)は、半田付けと併用してもよい。また、L型アングル8(L型アングル9)は、図2(b)に示すように、第1円板状導体素子1(第2円板状導体素子4)の両面へ設けずに片面だけに設けてもよい。さらに、図2ではL型アングル8とL型アングル9とが、それぞれ2箇所に接地されているが、3箇所以上に形成してもよいし、垂直に交差する板状の導体部分の全体に亘って配置される長い形状のものを用いていもよい。
【0050】
図1及び2を用いて説明した実施の形態1に係るアンテナ装置は、レドーム10により覆ってもよい。図3に記載のアンテナ装置は、レドーム10によって周囲の大部分が覆われている。レドーム10は、第1円板状導体素子1を頭頂側で固定し、第2円板状導体素子4を開口側で固定することにより、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5とが板状の導体で形成されている場合や、それぞれ別の誘電体基板上に形成されている場合であっても、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5との距離(間隔、隙間、空隙)を維持することが容易である。もちろん、第1板状導体素子2と第2板状導体素子5とが一つの誘電体基板に形成される場合や、別の部材により第1板状導体素子2と第2板状導体素子5との距離(間隔、空隙)を維持している場合でも、アンテナ装置にレドーム10を適用してもよい。
【0051】
図1〜3を用いて説明した実施の形態1に係るアンテナ装置は、アンテナ素子の放射に寄与する電流が、板状素子(第1板状導体素子2、第2板状導体素子5)及び素子拡張板(第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子5)の円周部付近を多く流れるため、板状素子、および素子拡張板には切り欠き部を設けてもアンテナ特性に与える影響は小さい。そのため、アンテナ構造内に回路部品などを配置するスペースを確保したい場合や、アンテナを軽量化したい場合は、図4に示すアンテナ装置のように、板状素子として第1板状導体素子2a、第2板状導体素子5aを用い、素子拡張板として第1円板状導体素子1a、第2円板状導体素子5aを用いるとよい。もちろん、図5に示すアンテナ装置のように、板状素子として第1板状導体素子2a、第2板状導体素子5aを用い、素子拡張板として第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子5を用いてもよいし、図示は省略するが、板状素子として第1板状導体素子2、第2板状導体素子5を用い、素子拡張板として第1円板状導体素子1a、第2円板状導体素子5aを用いてもよい。
【0052】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2について図6及び7を用いて説明する。実施の形態2に係るアンテナ装置は、実施の形態1に係るアンテナ装置のダイポールアンテナ素子に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された板状の直交導体素子(板状サブ素子)を有するものである。図6(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図6(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図7は実施の形態1及び2に係るアンテナ装置の動作利得図である。図6において、11は第1板状導体素子2に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された円形の板状の第1直交導体素子、12は第2板状導体素子5に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された円形の板状の第2直交導体素子である。第1直交導体素子11と第2直交導体素子12とは、共にXZ平面内に配置されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0053】
図6に記載のアンテナ装置の第1直交導体素子11は、第1板状導体素子2の半径以下となる直径を有する半円形状の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)が半円の直線部分で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第1板状導体素子2に対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第1直交導体素子11は第1板状導体素子2に直交している。なお、第1直交導体素子11が分割された構造でなく、第1板状導体素子2の方が分割された構造を採用してもよい。同じく、第2直交導体素子12は、第2板状導体素子5の半径以下となる直径を有する半円形状の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)が半円の直線部分で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第2板状導体素子5に対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第2直交導体素子12は第2板状導体素子5に直交している。なお、第2直交導体素子12が分割された構造でなく、第2板状導体素子5の方が分割された構造を採用してもよい。さらに、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12は、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5に直交する誘電体基板(後述する誘電体基板16)に形成してもよい。
【0054】
次に、動作原理に関して説明する。実施の形態1に係るアンテナ装置では、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が平面形状であることに起因して、高い周波数領域においては水平面のアンテナパターンを無指向性に確保するために、板状サブ素子が必要となる。実施の形態2は、その板状サブ素子を有するアンテナ装置である。高い周波数領域で動作しやすい小型の第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12を付加することで、高い周波数領域においては第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12がメインアンテナとして動作し、高い周波数領域でも無指向性が確保可能となる。つまり、実施の形態1に係るアンテナ装置は、実施の形態2に係るアンテナ装置のような板状サブ素子を形成することが容易な構造といえる。
【0055】
つまり、実施の形態2に係るアンテナ装置は、板状素子と素子拡張板とによるメインアンテナと、直交導体素子によるサブアンテナが組み合わされた複合アンテナとして動作する。低い周波数領域での水平面無指向特性が良好なメインアンテナと、高い周波数領域での水平面無指向特性が良好なサブアンテナの組み合わせにより、実施の形態1に係るアンテナ装置と比較し、より高い周波数領域まで水平面のアンテナパターンが無指向性となる広帯域アンテナを得ることができる。さらに、メインアンテナとサブアンテナは給電点を共用するため、アンテナ装置の給電系が複雑になることはない。
【0056】
図7は、実施の形態1に係るアンテナ装置(図1に記載の構造)と実施の形態2に係るアンテナ装置(図5に記載の構造)との角度ごとの所定周波数f1における動作利得を示している。それぞれ、供試品の計測値と計算機シミュレーションによる計算値を掲示している。なお、計算機シミュレーションには、有限差分時間領域法(FDTD法、Finite−difference Time−domain method)を用いた。図7から実施の形態2に係るアンテナ装置は、実測値、計算値共に、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12により、実施の形態1に係るアンテナ装置が持つ、角度によって生じるリップル状の動作利得の変動が改善されていることが分かるので、無指向性が向上しているといえる。なお、実測値、計算値ともに、第1板状素子2と第2板状素子5は誘電体基板(図1及び図5では記載していない)上に形成されたものを使った。
【0057】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3について図8〜13を用いて説明する。実施の形態3に係るアンテナ装置は、実施の形態2に係るアンテナ装置における第1円板状導体素子1又は第2円板状導体素子4、或いは、第1円板状導体素子1及び前記第2円板状導体素子4の円周上にリブ壁(円周リブ壁)を有するものである。図8(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図8(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図8(c)はアンテナ装置のX軸方向からYZ平面を見た上面図、図9、10、12は、図8(a)に記載の点線ABから下側のアンテナ装置を示す模式図、図11及び13は、図8(a)に記載の点線ABによる断面図でコネクタ7側を見た模式図である。また、図中に円周リブ壁を半透明で記している場合がある。
【0058】
図8〜13において、1bは第1円板状導体素子1の代替素子であり、円周上に第1円周リブ壁13を有する第1円板状導体素子、4bは第2円板状導体素子4の代替素子であり、円周上に第2円周リブ壁14を有する第2円板状導体素子、5bは第2板状導体素子5の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第2円周リブ壁14と電気的に接続されている(2bは第1板状導体素子2の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第1円周リブ壁13と電気的に接続されているが図示は省略する)。5cは第2板状導体素子5の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第2円周リブ壁14と接触していない(2cは第1板状導体素子2の代替素子であり、半円の直線部分(基端)の両端部が第1円周リブ壁13と接触していないが図示は省略する)。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0059】
図6に記載のアンテナ装置(実施の形態2)による第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4は、水平面(YZ平面)に形成される板状のものであったが、図8に記載のアンテナ装置は、素子拡張板の円の周囲をアンテナの内側に向けて伸長するリブ形状(リム形状)の第1円周リブ壁13及び第2円周リブ壁14とすることで、素子拡張板を流れる電流の経路がさらに長くなるため、アンテナの高さを変えずとも、より低い周波数領域まで使用が可能となる。また、アンテナに円筒状のカバーや笠状のレドーム10をつける場合も、リブ部分(リム部分)を利用することにより、固定が容易になるため、この構造は機構面でも有利となる。
【0060】
素子拡張板(第1円板状導体素子1b及び第2円板状導体素子4b)の伸長に関しては、図8〜13に示した円の全周を伸長させるリブ形状(リム形状)以外に、円周の一部、あるいは複数個所だけを伸長させてもよい。また、伸長部分は素子拡張板の円周のみに限定されるものではなく、円周から内側に寄った部位を伸長しても構わない。伸長部は図8に示す平面部分の第1円板状導体素子1b(第2円板状導体素子4b)に、円環状の金具を接続したり、導体棒やネジを接続したりして構成しても構わない。
【0061】
次に、第1円板状導体素子1b及び第2円板状導体素子4bと第1板状導体素子及び第2板状導体素子との電気的な接続の変形例を説明する。給電点(給電部)や給電線路である同軸線路(同軸コネクタ7を含む)以外の構成は、図8(a)の点線ABに対して、ほぼ線対称であるので、第2円板状導体素子4bと第2板状導体素子とを用いて説明する。図9は実施の形態2係るアンテナ装置に第2円板状導体素子4bを適用したものであり、変形例との対比用の構成である。その構成は第2円板状導体素子4bが、その平面上で第2板状導体素子5の半円の直線部分(基端)と電気的に接続され、第2円周リブ壁14に第2板状導体素子5の半円の直線部分(基端)の両端部が電気的に接続されている。
【0062】
変形例を説明する。図10及び11に記載のアンテナ装置は、第2円板状導体素子4bが、その平面上で第2板状導体素子5bの半円の直線部分(基端)との間が電気的に接続されずに空間を有している。第2円周リブ壁14に第2板状導体素子5bの半円の直線部分(基端)の両端部が電気的に接続されている。よって、その空間を、図4に記載のアンテナ装置(実施の形態1)と同様に、アンテナ構造内に回路部品などを配置するスペースを確保したい場合や、アンテナを軽量化したい場合に利用することができる。また、図12及び13に記載のアンテナ装置は、第2円板状導体素子4bが、その平面上で第2板状導体素子5cの半円の直線部分(基端)と電気的に接続され、第2円周リブ壁14に第2板状導体素子5cの半円の直線部分(基端)の両端部が電気的に接続されていない。つまり、第2板状導体素子5cの半径は、第2円板状導体素子4bの半径よりも、若干小さい。よって、第2円周リブ壁14と第2板状導体素子5cとの製造公差を大きく設定することができる。なお、図12に示すアンテナ装置は、第1円周リブ壁13及び第2円周リブ壁14が無い構成でも実施可能である。
【0063】
実施の形態4.
この発明の実施の形態4について図14〜23を用いて説明する。実施の形態4に係るアンテナ装置は、実施の形態2に係るアンテナ装置に誘電体基板を用いたものである。図14(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図14(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図15(a)(b)は導体パターン形成前の誘電体基板構成図、図15(c)(d)は導体パターン形成後の誘電体基板構成図、図16(a)は導体パターン及びスルーホール形成後の誘電体基板構成図(一方の主面)、図16(b)は導体パターン及びスルーホール形成後の誘電体基板構成図(他方の主面)、図16(c)は第1板状導体素子及び第2板状導体素子へ第1直交導体素子及び第2直交導体素子を接続する前のイメージ図、図16(d)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図(図14(b)と同じ図であるが、誘電体基板にスルーホールが形成されている。)、図17(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図17(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図18(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図18(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図19(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図19(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図である。
【0064】
図14〜23において、11aは第1直交導体素子11の代替素子であり、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12よりも小径の第1直交導体素子、15は第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が表面又は内部に形成された誘電体基板、16は第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が表面又は内部に形成された誘電体基板である。誘電体基板15及び誘電体基板16は両面に対応の導体パターンによる導体素子が形成されてもよい。17は誘電体基板15又は誘電体基板16の基板内部を貫通して一方の主面と他方の主面とのそれぞれに開口を有し、内面が半田などでメタライズされたスルーホール、17pはスルーホール17が形成された誘電体基板15又は誘電体基板16の他方の主面に形成された導体パターンであり、スルーホール17の開口周辺に形成され、スルーホール17と電気的に連続した導体パッドである。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0065】
図14〜23において、17aは誘電体基板15の基板内部を貫通して一方の主面と他方の主面とのそれぞれに開口を有し、内面が半田などでメタライズされたもので、誘電体基板15の両面へ面対称の配置で第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が形成された互いのパターンの導通をとるスルーホール、17bは誘電体基板16の基板内部を貫通して一方の主面と他方の主面とのそれぞれに開口を有し、内面が半田などでメタライズされたもので、誘電体基板16の両面へ面対称の配置で第1直交導体素子16及び第2直交導体素子17が形成された互いのパターンの導通をとるスルーホールである。スルーホール17aは、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5の外形周辺に形成され、スルーホール17bは、第1直交導体素子16及び第2直交導体素子17の外形周辺に形成される。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0066】
図14は、実施の形態4に係るアンテナ装置の構成図であり、実施の形態2に係るアンテナ装置との相違点は、板状素子を誘電体基板15に、板状サブ素子を誘電体基板16にそれぞれ形成した点である。誘電体基板15及び誘電体基板16はフッ素樹脂やガラスエポキシなどの誘電体表面に、銅箔などの薄膜金属が貼り付けられているプリント基板である。この薄膜金属により板状素子や板状サブ素子が形成される。動作原理は、実施の形態2に示すものと同じである。板状素子や板状サブ素子を誘電体基板上に形成しているため、誘電体の波長短縮効果により電気的な寸法は物理寸法よりも大きくなるため、さらに低域周波数特性の向上が可能となる。
【0067】
誘電体基板15と誘電体基板16とを直交させる方法としては、図15(a)(b)にそれぞれ示す切り欠きを有した誘電体基板15及び誘電体基板16に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)や板状サブ素子(第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12)の導体パターンを形成してから、切り欠き同士を嵌合して交差させる場合や、実施の形態2及び3の誘電体基板を用いないアンテナ装置のように、板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)又は板状サブ素子(第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12)の少なくともいずれか一方をX軸方向に分断したものを用いればよい。
【0068】
図15に記載の誘電体基板15及び誘電体基板16を図14に記載のアンテナ装置に適用するとき、このような二通りの場合でも、第1板状導体素子2及び第1直交導体素子11、第2板状導体素子5及び第2直交導体素子12との給電点が、それぞれ一致するように、誘電体基板15及び誘電体基板16にスルーホール17などの構成を追加する必要がある。これは、第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が誘電体基板15の片面(一方の主面)にのみ形成する場合は、他方の主面に接触する第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12(誘電体基板16に形成)と第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5との導通がとれないためである。第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が誘電体基板16の片面(一方の主面)にのみ形成する場合も同様である。スルーホール17の例は次に別の直交させる方法とともに一例を説明する。
【0069】
別の誘電体基板15と誘電体基板16とを直交させる方法としては、図16に示すようなものがある。まず、図16(a)(b)に示すように、誘電体基板15に形成された第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が線対称となる位置に直線状に複数のスルーホール17を形成する。第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が形成された面に対向する面には、導体パッド17pが形成されている。次に、図16(c)に示すように、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が形成された誘電体基板16を第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が線対称となる位置で分割したような二つの誘電体基板16を作成し、一方の誘電体基板16の第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が誘電体基板15における一方の面のスルーホール17へ接触させ、他方の誘電体基板16の第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12が誘電体基板15における他方の面のスルーホール17(導体パッド17p)へ接触させてから、誘電体基板15と誘電体基板16とを半田やL型アングル8(L型アングル9)で固定することにより、図16(d)に示すようなアンテナ装置を得る。なお、図16(d)では、導体パッド17pの図示は省略している。
【0070】
図16に記載のスルーホール17と導体パッド17pとを用いる手法は、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12を形成した誘電体基板16に用いてもよい。その場合は、誘電体基板15を第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5が線対称となる位置で分割したような二つの誘電体基板15を作成する。また、スルーホール17と導体パッド17pを用いる手法は、図15を用いて説明した切り欠きを有する誘電体基板15及び誘電体基板16に適用してもよい。この場合、それぞれの切り欠きの延長線上に、直線状に配列された複数のスルーホール17(複数の導体パッド17p)を形成すればよい。
【0071】
次に、実施の形態4の変形例を説明する。使用する誘電体基板15及び誘電体基板16は、図15及び16に記載のものでよい。図17は、図14に記載のアンテナ装置とは異なり、誘電体基板15の両面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成されたアンテナ装置である。両面に形成された第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5は、それぞれスルーホール17aにて導通させてもよい。図18は、図14及び17に記載されたアンテナ装置と異なり、誘電体基板16を用いていないアンテナ装置である。なお、誘電体基板15の片面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成されている。図19は、図14及び18に記載のアンテナ装置とは異なり、誘電体基板15の両面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成され、誘電体基板16を用いていないアンテナ装置である。図20は、図19に記載のアンテナ装置の誘電体基板15内に形成されたスルーホール17の模式断面図である。図20は、XY平面の断面図であるが、スルーホール17aが誘電体基板15を貫通している箇所を選択して図示しているイメージ図であり、実際は、必ずしも一つの平面に全てのスルーホール17aがあるわけでない。
【0072】
続いて、図21は、図17〜19に記載のアンテナ装置と異なり、誘電体基板15の両面に板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)が形成され、誘電体基板16の両面に直交導体素子(第1直交導体素子16及び第2直交導体素子17)が形成されたアンテナ装置である。図22(a)は、図21に記載のアンテナ装置の誘電体基板15内に形成されたスルーホール17の模式断面図である。図22(b)は、図21に記載のアンテナ装置の誘電体基板15内に形成されたスルーホール17の模式断面図である。図22(a)は、XY平面の断面図であるが、スルーホール17aが誘電体基板15を貫通している箇所を選択して図示しているイメージ図であり、実際は、必ずしも一つの平面に全てのスルーホール17aがあるわけでない。同じく、図22(b)は、XZ平面の断面図であるが、スルーホール17bが誘電体基板16を貫通している箇所を選択して図示しているイメージ図であり、実際は、必ずしも一つの平面に全てのスルーホール17bがあるわけでない。
【0073】
図23に記載のアンテナ装置は、実施の形態2〜3では、板状サブ素子を全て同じ寸法で示しているが、図23に示すように上側の直交導体素子(第1直交導体素子11a)と、下側の直交導体素子(第2直交導体素子12)とに異なる寸法を与えてもよい。この場合、高い周波数領域では仰角パターンが非対称となるので、所望の仰角方向にアンテナ放射を強めることが可能となる。この内容は第1板状導体素子2、第2板状導体素子5や第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4に関しても適用できるものである。
【0074】
図14〜23を用いて説明した実施の形態4では、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5と第1直交導体素子11、第2直交導体素子12を誘電体基板15と誘電体基板16とに形成しているが、第1円板状導体素子1、第2円板状導体素子4も誘電体基板に形成しても構わない。また、多層基板を用いて誘電体内部に形成しても良く、この場合は波長短縮効果がさらに高まるため、より低域周波数特性の向上が実現できる。なお、誘電体はプリント基板に限定するものではなく、任意の誘電体材料を使用しても構わない。
【0075】
実施の形態5.
この発明の実施の形態5について図24〜26を用いて説明する。実施の形態5に係るアンテナ装置は、実施の形態1〜4では、円形や半円であった板状素子(第1板状導体素子2及び第2板状導体素子5)や板状サブ素子(第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12)の別構造を適用したものである。板状素子や板状サブ素子は、四角形の板でもよいが、面積の拡大を避けつつ、効率よく電流経路を長くするためには、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4側が給電点(給電部)側よりも広い板状の素子の方がよい。図24(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図24(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図25(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図25(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図26(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図26(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図である。
【0076】
図24〜26において、2tは第1円板状導体素子1の面上に基端(詳しくは、二等辺三角形の底辺、)が電気的に接続され、第1円板状導体素子1に対して起立した三角形状の導体である第1板状導体素子、5tは第2円板状導体素子4の面上に基端(詳しくは、二等辺三角形の底辺)が電気的に接続され、先端(詳しくは、基端とした三角形の底辺に対向する頂点)が第1板状導体素子2tの先端(詳しくは、基端とした三角形の底辺に対向する頂点)と対向し、第2円板状導体素子4に対して起立した三角形状の導体である第2板状導体素子である。第1板状導体素子2t及び第2板状導体素子5tは誘電体基板15の表面又は内部に形成されている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0077】
図24〜26において、11tは第1板状導体素子2tに直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された三角形(二等辺三角形)の板状の第1直交導体素子、12は第2板状導体素子5に直交し、第1円板状導体素子1と第2円板状導体素子4との間に配置された三角形(二等辺三角形)の板状の第2直交導体素子である。第1直交導体素子11と第2直交導体素子12とは、共にXZ平面内に配置される。また、第1直交導体素子11tの底辺は第1円板状導体素子1の面上に電気的に接続され、第2直交導体素子12tの底辺は第2円板状導体素子4の面上に電気的に接続されている。つまり、これらの2素子は、第1板状導体素子2t及び第2板状導体素子5tと同様に、第1円板状導体素子1及び第2円板状導体素子4の面上に起立した状態になっている。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0078】
図24〜26において、2t1は第1板状導体素子2tの底辺以外の二辺が階段状になっている第1板状導体素子、5t1は第2板状導体素子5tの底辺以外の二辺が階段状になっている第2板状導体素子、2t2は第1板状導体素子2tの底辺以外の二辺に溝形状(ノッチ状)の切り欠きを有する第1板状導体素子、5t2は第2板状導体素子5tの底辺以外の二辺に溝形状(ノッチ状)の切り欠きを有する第2板状導体素子である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0079】
図24に記載のアンテナ装置の第1直交導体素子11tは、三角形の第1板状導体素子2tと同じ高さを有する直角三角形の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)の底辺と直角に結ばれている辺同士で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第1板状導体素子2tに対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第1直交導体素子11tは第1板状導体素子2tに直交している。なお、第1直交導体素子11tが分割された構造でなく、第1板状導体素子2tの方が分割された構造を採用してもよい。同じく、第2直交導体素子12tは、三角形の第2板状導体素子5tと同じ高さを有する直角三角形の二つの導体(アルミ、銅などの板状金属)の底辺と直角に結ばれている辺同士で向き合うように同一の垂直面内(XZ平面)に配置され、第2板状導体素子5tに対して垂直に固定され、電気的に接続されている(半田付け、L型アングルなど)。つまり、第2直交導体素子12tは第2板状導体素子5tに直交している。なお、第2直交導体素子12tが分割された構造でなく、第2板状導体素子5tの方が分割された構造を採用してもよい。さらに、第1直交導体素子11t及び第2直交導体素子12tは、第1板状導体素子2t及び第2板状導体素子5tに直交する誘電体基板16に形成してもよい。
【0080】
実施の形態2〜4に係るアンテナ装置では、第1板状導体素子2、第2板状導体素子5と第1直交導体素子11、第2直交導体素子とを円形・半円形状としているが、形状は半円形状に限定されるものではなく、図24に示す実施の形態5に係るアンテナ装置のように、三角形状などにしてもよい。これは第1円形板状導体素子1、第2円形板状導体素子4に関しても同様であり、円形状の他に四角形状などにしても構わない。これらの内容は他の実施の形態に関しても同様である。
【0081】
さらには、図25、図26に示すように、第1板状導体素子2t、第2板状導体素子5tの周囲を階段状にしたり、溝形状を設けたりして電流経路を長くする工夫を施しても良く、この場合は低域周波数特性のさらなる改善に効果がある。図25に示すアンテナ装置は、第1板状導体素子2t1、第2板状導体素子5t1の底辺を除く二辺が階段状(段切り状)になっており、第1板状導体素子2t、第2板状導体素子5tよりも電流経路が長くなっている。図26に示すアンテナ装置は、第1板状導体素子2t2、第2板状導体素子5t2の底辺を除く二辺に溝(切り欠き)を複数有しており、第1板状導体素子2t、第2板状導体素子5tよりも電流経路が長くなっている。当然これらの工夫は素子拡張板(第1円板状導体素子、第2円板状導体素子)や直交導体素子(第1直交導体素子、第2直交導体素子)に対して施してもよい。これらの複雑な形状に対しても、誘電体基板15・誘電体基板16(誘電体によるプリント基板)を使用すれば容易に対応することができる。
【0082】
実施の形態6.
この発明の実施の形態6について図27及び28を用いて説明する。実施の形態6に係る装置は、実施の形態1〜5(特に、実施の形態2〜5)に係るアンテナ装置に導波器を付加したものである。図27(a)はアンテナ装置のZ軸方向から見た側面図、図27(b)はアンテナ装置のY軸方向から見た側面図、図28は実施の形態1及び6に係るアンテナ装置の動作利得図である。図27において、18は誘電体基板16に形成された導波器である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。
【0083】
図27に記載のアンテナ装置と図14に記載のアンテナ装置(実施の形態4)との相違点は、誘電体基板16に二つの導波器184が形成されている点である。次に、動作原理に関して説明する。第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12により高い周波数領域での特性が良好となる実施の形態4と基本的な動作原理は同じであるが、二つの導波器18が付加されたことで、導波器18が動作する周波数では、給電部から導波器を結ぶ直線方向にアンテナの放射が強められる特性を得られる。導波器の動作原理・寸法による動作周波数・配置位置は、一般的に知られる八木・宇田アンテナによるものと同じである(例えば、特許文献2)。
【0084】
図28は、実施の形態1に係るアンテナ装置(図1に記載の構造)と実施の形態6に係るアンテナ装置(図27に記載の構造)との角度ごとの所定周波数f2(所定周波数f1よりも高い周波数)における動作利得を示している。それぞれ、供試品の計測値と計算機シミュレーションによる計算値を掲示している。なお、計算機シミュレーションには、有限差分時間領域法(FDTD法、Finite−difference Time−domain method)を用いた。図28から実施の形態6に係るアンテナ装置は、実測値、計算値共に、第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12及び導波器18により、実施の形態1に係るアンテナ装置が持つ、角度によって生じるリップル状の動作利得の変動が改善されていることが分かるので、無指向性が向上しているといえる。なお、図1に記載のアンテナ装置は、実測値、計算値ともに、第1板状素子2と第2板状素子5は誘電体基板15上に形成されたものを使った。
【0085】
導波器18の動作する周波数を第1直交導体素子11及び第2直交導体素子12の動作周波数より高く設定すれば、実施の形態4と比較し、さらに高い周波数領域まで良好な特性を得られる広帯域アンテナが実現できる。また、図27による実施の形態6では、導波器18を誘電体基板16上に形成しているが、導波器18の設置位置は誘電体基板16上に限定されるものではなく、個数も二つに限定されるものではない。もちろん、誘電体基板16を用いないアンテナ装置や誘電体基板16を有してはいるが、導波器18を設けるスペースがないアンテナ装置においては、導波器18が導波器として動作する位置に導体パターンや棒状の導体を配置して、その位置が維持できるように固定すればよい。例えば、レドーム10に導波器18を形成する。第1円板状導体素子1や第2円板状導体素子4に、絶縁性の物質を介して導波器18を固定するなどが考えられる。
【符号の説明】
【0086】
1・・第1円板状導体素子、1a・・第1円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、1b・・第1円板状導体素子、2・・第1板状導体素子、2a・・第1板状導体素子(半円状の切り欠き)、2b・・第1板状導体素子、2c・・第1板状導体素子、2t・・第1板状導体素子、2t1・・第1板状導体素子、2t2・・第1板状導体素子、3・・第1給電線路(同軸線路の中心導体)、4・・第2円板状導体素子、4a・・第2円板状導体素子(内部に円状の切り欠き)、4c・・第2円板状導体素子、5・・第2板状導体素子、5a・・第2板状導体素子(半円状の切り欠き)、5b・・第2板状導体素子、5c・・第2板状導体素子、5t・・第2板状導体素子、5t1・・第2板状導体素子、5t2・・第2板状導体素子、6・・第2給電線路(同軸線路の外導体)、7・・同軸コネクタ、8・・L型アングル、9・・L型アングル、10・・レドーム、11・・第1直交導体素子、11a・・第1直交導体素子(小径)、11t・・第1直交導体素子、12・・第2直交導体素子、12t・・第2直交導体素子、13・・第1円周リブ壁、14・・第2円周リブ壁、15・・誘電体基板、16・・誘電体基板、17・・スルーホール、17p・・導体パッド、17a・・スルーホール、17b・・スルーホール、18・・導波器。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項3】
前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子は、円周上にリブ壁を有する請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記ダイポールアンテナ素子は、半円形又は三角形である請求項1〜3のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記ダイポールアンテナ素子は、外形が階段状又はノッチ状である請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記ダイポールアンテナ素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の直交導体素子を有する請求項1〜5のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記直交導体素子は、円形又は三角形である請求項6に記載のアンテナ装置。
【請求項8】
前記直交導体素子は、外形が階段状又はノッチ状である請求項6又は7に記載のアンテナ装置。
【請求項9】
前記ダイポールアンテナ素子は、前記第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、前記第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子とを具備する請求項1〜8のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項10】
第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項11】
前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子は、円周上にリブ壁を有する請求項10に記載のアンテナ装置。
【請求項12】
前記第1板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第1直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のアンテナ装置。
【請求項13】
前記第2板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第2直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のアンテナ装置。
【請求項14】
前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子は、同一平面内に存在する請求項10〜13のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項15】
前記第1円板状導体素子を頭頂側で固定し、前記第2円板状導体素子を開口側で固定するレドームを有する請求項1〜14のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項16】
前記ダイポールアンテナ素子、又は、前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子は、誘電体基板の表面又は誘電体基板の内部に形成された請求項1〜15のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項17】
前記誘電体基板は、表面又は内部に導波器となる無給電素子が形成された請求項16に記載のアンテナ装置。
【請求項18】
円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上又はそれぞれのリブ壁に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項19】
円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上、又は、前記第1円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上、又は、前記第2円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項20】
前記ダイポールアンテナ素子、又は、第1板状導体素子及び第2板状導体素子は、前記第1円板状導体素子のリブ壁及び前記第2円板状導体素子のリブ壁との間に配置された誘電体基板の表面又内部に形成された請求項18又は19に記載のアンテナ装置。
【請求項1】
第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項3】
前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子は、円周上にリブ壁を有する請求項1又は2に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記ダイポールアンテナ素子は、半円形又は三角形である請求項1〜3のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記ダイポールアンテナ素子は、外形が階段状又はノッチ状である請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記ダイポールアンテナ素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の直交導体素子を有する請求項1〜5のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記直交導体素子は、円形又は三角形である請求項6に記載のアンテナ装置。
【請求項8】
前記直交導体素子は、外形が階段状又はノッチ状である請求項6又は7に記載のアンテナ装置。
【請求項9】
前記ダイポールアンテナ素子は、前記第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、前記第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子とを具備する請求項1〜8のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項10】
第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項11】
前記第1円板状導体素子又は前記第2円板状導体素子、或いは、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子は、円周上にリブ壁を有する請求項10に記載のアンテナ装置。
【請求項12】
前記第1板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第1直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のアンテナ装置。
【請求項13】
前記第2板状導体素子に直交し、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置された板状の第2直交導体素子を有する請求項10又は11に記載のアンテナ装置。
【請求項14】
前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子は、同一平面内に存在する請求項10〜13のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項15】
前記第1円板状導体素子を頭頂側で固定し、前記第2円板状導体素子を開口側で固定するレドームを有する請求項1〜14のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項16】
前記ダイポールアンテナ素子、又は、前記第1板状導体素子及び前記第2板状導体素子は、誘電体基板の表面又は誘電体基板の内部に形成された請求項1〜15のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項17】
前記誘電体基板は、表面又は内部に導波器となる無給電素子が形成された請求項16に記載のアンテナ装置。
【請求項18】
円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子との間に配置され、前記第1円板状導体素子及び前記第2円板状導体素子側が給電点側よりも広い板状のダイポールアンテナ素子とを備え、前記ダイポールアンテナ素子の給電点に対する反対側の端部が、前記第1円板状導体素子と前記第2円板状導体素子とのそれぞれの面上又はそれぞれのリブ壁に電気的に接続され、前記ダイポールアンテナ素子間の空隙が前記給電点であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項19】
円周上にリブ壁を有する第1円板状導体素子と、この第1円板状導体素子の面上、又は、前記第1円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、前記第1円板状導体素子に対して起立した第1板状導体素子と、この第1板状導体素子の先端に電気的に接続された第1給電線路と、前記第1円板状導体素子に対向し、円周上にリブ壁を有する第2円板状導体素子と、この第2円板状導体素子の面上、又は、前記第2円板状導体素子のリブ壁に基端が電気的に接続され、先端が前記第1板状導体素子の先端と対向し、前記第2円板状導体素子に対して起立した第2板状導体素子と、この第2板状導体素子の先端に電気的に接続された第2給電線路とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項20】
前記ダイポールアンテナ素子、又は、第1板状導体素子及び第2板状導体素子は、前記第1円板状導体素子のリブ壁及び前記第2円板状導体素子のリブ壁との間に配置された誘電体基板の表面又内部に形成された請求項18又は19に記載のアンテナ装置。
【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20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【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20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【公開番号】特開2012−129615(P2012−129615A)
【公開日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−277077(P2010−277077)
【出願日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】(394025094)三菱電機特機システム株式会社 (24)
【公開日】平成24年7月5日(2012.7.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年12月13日(2010.12.13)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】(394025094)三菱電機特機システム株式会社 (24)
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