アンテナ
【課題】誘電体の厚さに制約されず、設計自由度の高いアンテナを提供する。
【解決手段】スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させた。
【解決手段】スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つ以上の放射素子を備えるアンテナに関し、特に地導体板に設けたストリップ線路に高周波電流を供給して放射素子を励振するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、銅箔付き第１誘電体基板の表面側にスロットと、該第１誘電体基板の裏面側にマイクロストリップラインを形成した励振回路とを設けた地導体板と、矩形又は任意形状の放射素子を設けた第２誘電体基板とを設けた平面アンテナがある。このような平面アンテナは、該第２誘電体基板をスロット上部に設けて、放射素子と励振回路とを電磁結合させるスロット結合給電方式によって動作している（Aperture Coupled Microstrip Antenna）。この給電方式は、放射素子とマイクロストリップラインが独立した構造が特徴である。
【０００３】
具体的には、このようなアンテナは、図７に示すように、誘電体基板１０の下面にストリップ線路１３、誘電体基板１０の上面に地導体板１１を設け、地導体板１１には、ストリップ線路１３と直交するようにスロット１２が配置されている。さらに、地導体板１１の上面に誘電体基板２に設けられた放射素子２０が保持される。
【０００４】
このアンテナは、まず、スロット１２が直交するストリップ線路１３により励振される。地導体板１１上面に保持された放射素子２０と励振されたスロット間で結合が生じ、放射素子２０も励振されることによってアンテナとして動作する。
【０００５】
すなわち、この従来技術のアンテナでは、放射素子２０は、地導体板１１やストリップ線路１３とは、直流的には接続されていない。この給電方式は、放射素子２０とストリップ線路１３が独立した構造であるため、アレイ化の際に必要となる合成分配回路と給電回路を共用することが容易な特徴がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来のアンテナは、スロット１２を設けた地導体板１１と放射素子２０とを電磁結合させるために、放射素子２０側にも誘電体基板２を用いる。そして、放射素子２０が設けられた誘電体基板２は、地導体板１１が設けられた誘電体基板１に接着される。また、誘電体基板２を用いなくても、地導体板１１と放射素子２０との間に発泡材やハニカム材等を設け、これらを接着して固定する必要がある。
【０００７】
従って、従来のアンテナは、誘電体基板を使用したり、誘電体基板を接着するため、アンテナの価格が高くなる問題があった。また、誘電体基板の誘電率や厚さを自由に選択できないため、アンテナを所望のインピーダンスに整合させることが難しかった。さらに、誘電体の誘電正接により生じる抵抗によって、電磁結合時の損失が生じるため、アンテナの放射効率が低下する問題があった。
【０００８】
本発明は、誘電体の厚さに制約されず、設計自由度の高いアンテナ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】
第１の発明は、スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記放射素子上で高周波電圧が小さくなる箇所において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、所定の角度で交差する二つのスロットを設けた地導体板、前記各スロットと交差する二つのストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記各ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記各スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記放射素子を前記地導体板と略平行な位置に保持する短絡棒を備え、前記短絡棒によって、前記放射素子と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４の発明において、前記放射素子は導体板によって構成されることを特徴とする。
【００１４】
第６の発明のアレイアンテナは、第１から第５の発明に係るアンテナを複数個並べて配置して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、放射素子の外周部を地導体板へ短絡させることによって、放射素子を地導体板に固定する構造とした。すなわち、誘電体基板裏面のストリップ線路に直交するように地導体板表面にスロットを設け、該スロットによって励振される放射素子の外周部と、地導体板とを短絡させた。よって、放射素子を誘電体基板に設ける必要がないので、アンテナのインピーダンスの設計自由度が高い。また、誘電体基板の誘電正接により生じる損失によって放射効率が低下することがない。さらに、放射素子を設けた誘電体基板を用いないので軽量なアンテナを、安価に実現することができる。
【００１６】
なお、地導体板と放射素子との短絡箇所は、前記放射素子の辺の中央部とすることが望ましい。前記放射素子の辺の中央部で放射素子と地導体板を短絡しても、放射素子上の高周波電圧の分布の変化が小さくなるからである。
【００１７】
また、短絡棒を用いて地導体板と放射素子とを短絡させるので、短絡棒の高さの変更が容易である。よって、前記放射素子の高さ位置の設計自由度が高くなる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに整合させることができる。
【００１８】
さらに、放射素子を導体板によって構成するので、アンテナを軽量かつ安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のアンテナの斜視図である。
【００２１】
第１実施形態のアンテナは、誘電体基板１０及び放射素子２０によって構成されている。
【００２２】
誘電体基板１０の表面には地導体板１１が設けられる。地導体板１１は誘電体基板１０の略全面に設けられた導体パターンによって構成する。なお、誘電体基板１０の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板の表面に設けた金属パターンによって地導体板１１を構成してもよい。
【００２３】
また、地導体板１１にはスロット１２が設けられる。スロット１２は、その箇所だけ地導体板１１の導体パターンを除去して構成する。
【００２４】
また、誘電体基板１０の裏面には、スロット１２の中央部において、スロット１２と直交するストリップ線路１３が設けられる。ストリップ線路１３は、地導体板１１の端部から地導体板１１の中央部（地導体板１１の中央上部に設けられた放射素子２０の略中央部、すなわち、スロット１２を超えた位置）に延伸して設けられる。また、ストリップ線路１３は、誘電体基板１０の裏面の導体パターンによって構成されており、放射素子２０を励振する高周波信号が供給されるマイクロストリップラインを構成している。
【００２５】
放射素子２０は、平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されており、スロット１２の上部に、地導体板１１と略並行に設けられる。これによって、スロット１２と放射素子２０とが電磁結合する。なお、本実施の形態では放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。本実施形態では、放射素子２０を板状の導体によって構成するので、アンテナに誘電体を用いる必要がなく、アンテナを安価に構成することができる。
【００２６】
放射素子２０の外周部には取付部２１が設けられる。また、取付部２１は、スロット１２が延伸する方向に、放射素子２０から突出している。放射素子２０は、この取付部２１において、地導体板１１と電気的に接続される。なお、図１に示すように放射素子２０が四角形の場合、取付部２１は放射素子２０の対向する辺の中央部に設けることが望ましい。
【００２７】
すなわち、ストリップ線路１３に供給された高周波信号は、放射素子２０を励振する。励振された放射素子２０では、スロット１２と直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。
【００２８】
よって、ダイポールアンテナの中央部（放射素子２０のスロット１２と直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２０の辺のうちスロット１２と直交する辺の中央部において、放射素子２０と地導体板１１とを短絡しても、放射素子２０上の電圧分布は変化しない。
【００２９】
ここで、本発明の実施形態のアンテナの動作原理について説明する。
【００３０】
本実施形態のアンテナは方形パッチアンテナであって、放射素子２０には高周波電圧が励起され、約１／２波長で動作する。一般に、方形パッチアンテナでは、放射素子の一端に給電点が設けられ、放射素子に直接給電される。この場合、放射素子上の電界は、給電点から該給電点に対向する辺の方向に向かうものとなる。
【００３１】
一方、本実施形態のように、放射素子２０とスロット１２が電磁的に結合して放射素子２０に給電するアンテナでは、放射素子２０上の電界はスロットと直交する向きとなる。このとき、放射素子２０には約１／２波長の高周波電圧が励起されるので、放射素子２０の外周辺の内、電界と平行な辺の中央部の電圧はゼロに近くなる。よって、この点で放射素子２０と地導体板１１とを短絡してもアンテナ特性に及ぼす影響は極めて少ない。
【００３２】
すなわち、放射素子２０上の電界と直交する仮想的な面を考えると、該電界と直交する面と放射素子の外周との交点付近では、高周波電圧はほぼゼロになり、この点で放射素子２０と接地することができる。
【００３３】
なお、本発明に係る方形パッチアンテナと異なる種類の平面アンテナとして、逆Ｆアンテナがある。逆Ｆアンテナでは、放射素子に励起される高周波電圧は約１／４波長である。すなわち、逆Ｆアンテナでは、１／４波長の放射導体を備え、その一端に給電点を、他端を接地したものである。
【００３４】
以上説明したように、本発明のアンテナは、公知技術のアンテナとは動作原理が異なる。
【００３５】
図２は、第１実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【００３６】
地導体板１１には、取付穴１４が設けられる。本実施形態では、取付穴１４はスロット１２の延長線上に設けられる。なお、取付穴１４はこの位置に限らず、放射素子２０の取付部２１に対応する位置に設ければよい。例えば、スロット１２が、放射素子２０の中心からずれた位置に設けられている場合は、取付穴１４は、スロット１２の延長線上からずれた位置に設けられる。
【００３７】
放射素子２０の取付部２１には、ビス４２が貫通する取付穴２２が設けられる。
【００３８】
放射素子２０と地導体板１１との間には短絡棒４１が設けられる。短絡棒４１は導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４１は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００３９】
そして、ビス４２が、放射素子２０（取付穴２２）、短絡棒４１及び誘電体基板１０をを貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められる。これによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。短絡棒４１は導電体で形成されているので、放射素子２０の外周部（取付部２１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００４０】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４２によって放射素子２０と地導体板１１とを電気的に接続する。
【００４１】
なお、放射素子２０の誘電体基板１０への固定方法は、前述した方法に限らず多様な方法を採用することができる。例えば、取付穴１４に雌ネジを設け、取付穴１４を貫通したビス４２を、取付穴１４の雌ネジと係合させる方法がある。また、短絡棒４１に雌ネジを設け、放射素子２０と地導体板１１との双方からビスによって固定する方法がある。
【００４２】
このように第１実施形態では、放射素子２０の外周部（放射素子２０の辺の中央部）において、短絡棒４１を用いて地導体板１１と放射素子２０とを短絡させる。よって、短絡棒４１の高さを調整することにより、放射素子２０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに容易に整合させることができ、アンテナ設計の自由度が向上する。
【００４３】
図３は、第１実施形態のアンテナの放射素子の変形例の斜視図である。
【００４４】
第１実施形態の変形例では、放射素子２０の２辺の中央部には、取付部２３が設けられる。取付部２３は、スロット１２が延伸する方向に、放射素子２０から突出している。そして、第１実施形態の変形例の取付部２３は下方に（地導体板１１の方向に略直角に）折り曲げられる。さらに、その先端部が地導体板１１と平行となるように折り曲げられる。
【００４５】
さらに、取付部２３の先端の地導体板１１と平行となるように折り曲げられた部分には、ビスが貫通する取付穴２４が設けられる。
【００４６】
第１実施形態の変形例では、ビスが、放射素子２０の取付穴２４及び誘電体基板１０の取付穴１４を貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められることによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。これによって、放射素子２０の取付部２３と地導体板１１とが電気的に接続される。
【００４７】
このように、取付部２３が折り曲げられ、その先端部に設けられた取付穴２４によって誘電体基板１０に固定されることによって、地導体板１１と放射素子２０とを接続する連結棒等の部材を使用せずに、放射素子２０と地導体板１１とを接続することができる。
【００４８】
また、第１実施形態のアンテナを複数並べて、送受信機の給電回路と各アンテナとの間に合成分配回路を設けることによって、自由な指向特性を持つアレイアンテナを構成することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のアンテナの斜視図である。
【００５０】
第１実施形態のアンテナは、誘電体基板１０、第１放射素子２０及び第２放射素子３０によって構成されている。
【００５１】
誘電体基板１０は、前述した第１実施形態と同様に、地導体板１１、スロット１２、ストリップ線路１３及び取付穴１４が設けられる。
【００５２】
第１放射素子２０は、平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されており、スロット１２の上部に、地導体板１１及び第２放射素子３０と略並行に設けられる。なお、本実施の形態では第１放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。
【００５３】
第１放射素子２０の外周部には取付部２１が設けられる。また、取付部２１は、スロット１２が延伸する方向に、第１放射素子２０から突出している。第１放射素子２０は、この取付部２１において、地導体板１１と電気的に接続される。なお、図４に示すように第１放射素子２０が四角形の場合、取付部２１は第１放射素子２０の対向する辺の中央部に設けることが望ましい。
【００５４】
第２放射素子３０は、第１放射素子２０と略相似形で、少し小さい平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されている。第２放射素子３０は、第１放射素子２０の上部に、地導体板１１及び第１放射素子２０と略並行に設けられる。なお、本実施の形態では第２放射素子３０は四角形であるが、丸形、三角形等多様な形状とすることができる。
【００５５】
第２放射素子３０の中央部には取付穴３１が設けられる。第２放射素子３０は、この取付穴３１によって、第１放射素子２０と接続される。なお、取付穴３１は第２放射素子３０の中央部の他に、第１放射素子２０のように、第２放射素子３０の外周部（より望ましくは、中央部）に設けてもよい。
【００５６】
すなわち、ストリップ線路１３に供給された高周波信号は、第１放射素子２０を励振する。励振された第１放射素子２０では、スロット１２と直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。よって、ダイポールアンテナの中央部（第１放射素子２０のスロット１２と直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２０の辺のうち、スロット１２と直交する辺の中央部において、放射素子２０と地導体板１１を短絡しても、放射素子２０上の電圧分布は変化しない。
【００５７】
また、第１放射素子２０に誘起した高周波電圧は、第２放射素子３０を励起する。第２放射素子３０では、第１放射素子２０と同じ方向（スロット１２と直交する方向）にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。よって、ダイポールアンテナの中央部（第２放射素子３０のスロットと直交する二つの辺の中央部を結ぶ直線上）の高周波電圧はほぼ０になる。同様に第１放射素子２０の中央部（第１放射素子２０のスロットと直交する二つの辺の中央部を結ぶ直線上）の高周波電圧はほぼ０になる。従って、第２放射素子３０の中央部において、第２放射素子３０と第１放射素子２０とを短絡しても、第２放射素子３０上の電圧分布は変化しない。
【００５８】
なお、第２放射素子３０の外周部（辺の中央部）に取付穴を設けた場合も、その部位の電圧はほぼ０であることから、当該部位（辺の中央部）において、第２放射素子３０と第１放射素子２０とを短絡しても、第２放射素子３０上の電圧分布は変化しない。
【００５９】
このように第２実施形態では、複数の放射素子を設けたので、アンテナの共振周波数帯域を広くすることができる。
【００６０】
図５は、第２実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【００６１】
誘電体基板１０には、取付穴１４が設けられる。本実施形態では、取付穴１４はストリップ線路１３の延長線上に設けられる。なお、取付穴１４はこの位置に限らず、第１放射素子２０の取付部２１に対応する位置に設ければよい。
【００６２】
第１放射素子２０の取付部２１には、ビス４２が貫通する取付穴２２が設けられる。また、第１放射素子２０の中央部には、ビス４４が係合する取付穴２４が設けられる。また、取付穴２４には、雌ネジが設けられるとよい。
【００６３】
放射素子２０と地導体板１１との間には短絡棒４１が設けられる。短絡棒４１は導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４１は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００６４】
そして、ビス４２が、第１放射素子２０（取付穴２２）、短絡棒４１及び誘電体基板１０の取付穴１４を貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められる。これによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。短絡棒４１は導電体で形成されているので、第１放射素子２０の外周部（取付部２１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００６５】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４２によって第１放射素子２０と地導体板１１とを電気的に接続する。
【００６６】
さらに、第２放射素子３０と第１放射素子２０との間には短絡棒４３が設けられる。短絡棒４３は、短絡棒４１と同様に、導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４３は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００６７】
そして、ビス４４が、第２放射素子３０（取付穴３１）、短絡棒４３を貫通し、第１放射素子２０の取付穴２４の雌ネジと係合することによって、第２放射素子３０が第１放射素子２０に略平行に固定される。短絡棒４３は導電体で形成されているので、第２放射素子３０の中央部（取付穴３１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００６８】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４４によって第２放射素子３０と第１放射素子２０とを電気的に接続する。
【００６９】
なお、第１放射素子２０の誘電体基板１０への固定方法、及び、第２放射素子３０の第１放射素子２０への固定方法は、第１実施形態で前述したように多様な方法を採用することができる。
【００７０】
このように第２実施形態では、第１放射素子２０の外周部（第１放射素子２０の辺の中央部）において、短絡棒４１を用いて地導体板１１と第１放射素子２０とを短絡させる。また、第２放射素子３０の外周部（第２放射素子３０の辺の中央部）において、短絡棒４３を用いて第１放射素子２０と第２放射素子３０とを短絡させる。
【００７１】
よって、短絡棒４１の高さを調整することにより、第１放射素子２０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。また、短絡棒４３の高さを調整することによって、第２放射素子３０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナの共振周波数帯域幅を広く保ちつつ、所望のインピーダンスに容易に整合させることができ、アンテナ設計の自由度が向上する。
【００７２】
なお、図示を省略するが、前述した第１実施形態の変形例（図３）のように、放射素子２０から突出した取付部２２を下方に（地導体板１１の方向に略直角に）折り曲げられる。さらに、その先端部が地導体板１１と平行となるように折り曲げて構成することもできる。
【００７３】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【００７４】
第３実施形態のアンテナは、誘電体基板１０及び放射素子２０によって構成されている。
【００７５】
誘電体基板１０には、地導体板１１、二つのスロット１２ａ、１２ｂ、二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂ、及び、四つの取付穴１４ａ〜１４ｄが設けられる。
【００７６】
誘電体基板１０の表面には地導体板１１が設けられる。地導体板１１は誘電体基板１０の略全面に設けられた導体パターンによって構成する。なお、誘電体基板１０の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板の表面に設けた金属パターンによって地導体板１１を構成してもよい。
【００７７】
また、地導体板１１の表面には二つのスロット１２ａ、１２ｂが設けられる。スロット１２ａ、１２ｂは、その箇所だけ地導体板１１の導体パターンを除去して構成する。二つのスロット１２ａ、１２ｂは所定の角度（例えば、図６に示すように直交して）で交差するように設けられる。この所定の角度は、第３実施形態のアンテナから放射される電波の偏波面に従って設定する。
【００７８】
また、地導体板１１の裏面には、スロット１２ａと直交するようにストリップ線路（ストリップ線路）１３ａが設けられ、スロット１２ｂと直交するようにストリップ線路（ストリップ線路）１３ｂが設けられる。二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂが設けられる。ストリップ線路１３ａ、１３ｂは、地導体板１１の端部から地導体板１１の中央部（地導体板１１の中央上部に設けられた放射素子２０の略中央部）に延伸して設けられる。また、ストリップ線路１３ａ、１３ｂは、誘電体基板１０の裏面の導体パターンによって構成されており、放射素子２０を励振する高周波信号が供給されるマイクロストリップラインを構成している。
【００７９】
二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂは、二つのスロット１２ａ、１２ｂが形成する所定の角度（例えば、図６に示すように直交して）で交差するように設けられる。
【００８０】
ストリップ線路１３ａは、スロット１２ａの中心部からはずれた位置において、スロット１２ａと交差する。また、ストリップ線路１３ｂは、スロット１２ｂの中心部からはずれた位置において、スロット１２ｂと交差する。また、ストリップ線路１３ａ、１３ｂの先端は、両ストリップ線路が交差しないように略４５度曲げられて延伸している。これは、その中心で二つのスロット１２ａ、１２ｂが交差するように設けられているので、ストリップ線路１３ａとストリップ線路１３ｂとが交差しないようにするためである。
【００８１】
第３実施形態では、二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂを所定の角度で設け、ストリップ線路１３ａ、１３ｂに選択的に（又は、双方に）給電することによって、複数の偏波面を有するアンテナを構成することができる。
【００８２】
取付穴１４ａ、１４ｂは、スロット１２ａの延長線上に設けられる。また、取付穴１４ｃ、１４ｄは、スロット１２ｂの延長線上に設けられる。なお、取付穴１４ａ〜１４ｄはこの位置に限らず、放射素子２０の取付部２１ａ〜２１ｄに対応する位置に設ければよい。例えば、スロット１２ａ、１２ｂが、放射素子２０の中心からずれた位置に設けられている場合は、取付穴１４ａ〜１４ｄは、スロット１２ａ、１２ｂの延長線上からずれた位置に設けられる。
【００８３】
放射素子２０は、平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されており、スロット１２ａ及びスロット１２ｂの上部に、地導体板１１と略並行に設けられる。なお、本実施の形態では放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。
【００８４】
放射素子２０の外周部には四つの取付部２１ａ〜２１ｄが設けられる。取付部２１ａ、２１ｂは、スロット１２ａが延伸する方向に、放射素子２０から突出している。また、取付部２１ｃ、２１ｄは、スロット１２ｂが延伸する方向に、放射素子２０から突出している。
【００８５】
放射素子２０は、この取付部２１ａ〜２１ｄにおいて、地導体板１１と電気的に接続される。なお、図６に示すように放射素子２０が四角形の場合、取付部２１ａ、２１ｂは放射素子２０の対向する辺の中央部に設け、取付部２１ｃ、２１ｄは放射素子２０の対向する他の辺の中央部に設けることが望ましい。
【００８６】
取付部２１ａ〜２１ｄの各々には、ビス４２が貫通する取付穴２２が設けられる。
【００８７】
放射素子２０と地導体板１１との間には短絡棒４１が設けられる。短絡棒４１は導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４１は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００８８】
そして、ビス４２が、放射素子２０（取付穴２２）、短絡棒４１及び誘電体基板１０の取付穴１４を貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められる。これによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。短絡棒４１は導電体で形成されているので、放射素子２０の外周部（取付部２１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００８９】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４２によって放射素子２０と地導体板１１とを電気的に接続する。
【００９０】
なお、放射素子２０の誘電体基板１０への固定方法は、第１実施形態で前述したように多様な方法を採用することができる。
【００９１】
また、図示を省略するが、前述した第１実施形態の変形例（図３）のように、放射素子２０から突出した取付部２１を下方に（地導体板１１の方向に略直角に）折り曲げ、さらに、その先端部が地導体板１１と平行となるように折り曲げて構成することもできる。
【００９２】
このように第３実施形態では、ストリップ線路１３ａに供給された高周波信号は、放射素子２０を励振する。励振された放射素子２０では、スロット１２ａと直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。また、ストリップ線路１３ｂに供給された高周波信号は、放射素子２０を励振する。励振された放射素子２０では、スロット１２ｂと直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。
【００９３】
よって、ダイポールアンテナの中央部（放射素子２０のスロットと直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２０の辺の中央部において、放射素子２０と地導体板１１を短絡しても、放射素子２０上の電圧分布は変化しない。
【００９４】
すなわち第３実施形態では、二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂを設け、短絡棒４１を用いて地導体板１１と放射素子２０とを短絡させる。よって、複数の偏波面を有するアンテナにおいても、短絡棒４１の高さを調整することにより、放射素子２０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに容易に整合させることができる。
【００９５】
特許請求の範囲に記載した以外に本明細書に開示した発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【００９６】
１．スロットを設けた地導体板及び前記スロットと交差するストリップ線路を備え、
少なくとも、前記地導体板に略平行な平板状の第１放射素子及び前記第１放射素子に略平行な平板状の第２放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記第１放射素子との電磁結合によって前記第１放射素子に給電し、前記第１放射素子と前記第２放射素子との電磁結合によって前記第２放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記第１放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【００９７】
２．スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路を備え、
少なくとも、前記地導体板に略平行な平板状の第１放射素子及び前記第１放射素子に略平行な平板状の第２放射素子を備え、
及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記第１放射素子との電磁結合によって前記第１放射素子に給電し、前記第１放射素子と前記第２放射素子との電磁結合によって前記第２放射素子に給電するアンテナであって、
前記第１放射素子上で高周波電圧が小さくなる箇所において、前記第１放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【００９８】
３．所定の角度で交差する二つのスロットを設けた地導体板、前記各スロットと交差する二つのストリップ線路を備え、
少なくとも、前記地導体板に略平行な平板状の第１放射素子及び前記第１放射素子に略平行な平板状の第２放射素子を備え、
前記各ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記各スロットを励振し、スロットと前記第１放射素子との電磁結合によって前記第１放射素子に給電し、前記第１放射素子と前記第２放射素子との電磁結合によって前記第２放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記第１放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【００９９】
４．前記第１放射素子を前記地導体板と略平行な位置に保持する短絡棒を備え、
前記短絡棒によって、前記第１放射素子と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする１項から３項のいずれか一つに記載のアンテナ。
【０１００】
５．前記第１放射素子は導体板によって構成されることを特徴とする１項から３項のいずれか一つに記載のアンテナ。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明に係るアンテナは、携帯電話システム等の移動体通信システムの基地局に使用すると好適である。また、本実施の形態のアンテナを複数並べるアレイアンテナに用いると好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１実施形態のアンテナの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態のアンテナの放射素子の変形例の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態のアンテナの斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【図７】従来のアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ 誘電体基板
１１ 地導体板
１２ スロット
１３ ストリップ線路
１４ 取付穴
２０ 放射素子（第１放射素子）
２１、２３ 取付部
２２、２４ 取付穴
３０ 放射素子（第２放射素子）
３１ 取付穴
４１、４３ 短絡棒
４２、４４ ビス
２ 誘電体板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つ以上の放射素子を備えるアンテナに関し、特に地導体板に設けたストリップ線路に高周波電流を供給して放射素子を励振するアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、銅箔付き第１誘電体基板の表面側にスロットと、該第１誘電体基板の裏面側にマイクロストリップラインを形成した励振回路とを設けた地導体板と、矩形又は任意形状の放射素子を設けた第２誘電体基板とを設けた平面アンテナがある。このような平面アンテナは、該第２誘電体基板をスロット上部に設けて、放射素子と励振回路とを電磁結合させるスロット結合給電方式によって動作している（Aperture Coupled Microstrip Antenna）。この給電方式は、放射素子とマイクロストリップラインが独立した構造が特徴である。
【０００３】
具体的には、このようなアンテナは、図７に示すように、誘電体基板１０の下面にストリップ線路１３、誘電体基板１０の上面に地導体板１１を設け、地導体板１１には、ストリップ線路１３と直交するようにスロット１２が配置されている。さらに、地導体板１１の上面に誘電体基板２に設けられた放射素子２０が保持される。
【０００４】
このアンテナは、まず、スロット１２が直交するストリップ線路１３により励振される。地導体板１１上面に保持された放射素子２０と励振されたスロット間で結合が生じ、放射素子２０も励振されることによってアンテナとして動作する。
【０００５】
すなわち、この従来技術のアンテナでは、放射素子２０は、地導体板１１やストリップ線路１３とは、直流的には接続されていない。この給電方式は、放射素子２０とストリップ線路１３が独立した構造であるため、アレイ化の際に必要となる合成分配回路と給電回路を共用することが容易な特徴がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来のアンテナは、スロット１２を設けた地導体板１１と放射素子２０とを電磁結合させるために、放射素子２０側にも誘電体基板２を用いる。そして、放射素子２０が設けられた誘電体基板２は、地導体板１１が設けられた誘電体基板１に接着される。また、誘電体基板２を用いなくても、地導体板１１と放射素子２０との間に発泡材やハニカム材等を設け、これらを接着して固定する必要がある。
【０００７】
従って、従来のアンテナは、誘電体基板を使用したり、誘電体基板を接着するため、アンテナの価格が高くなる問題があった。また、誘電体基板の誘電率や厚さを自由に選択できないため、アンテナを所望のインピーダンスに整合させることが難しかった。さらに、誘電体の誘電正接により生じる抵抗によって、電磁結合時の損失が生じるため、アンテナの放射効率が低下する問題があった。
【０００８】
本発明は、誘電体の厚さに制約されず、設計自由度の高いアンテナ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】
第１の発明は、スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記放射素子上で高周波電圧が小さくなる箇所において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、所定の角度で交差する二つのスロットを設けた地導体板、前記各スロットと交差する二つのストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、前記各ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記各スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記放射素子を前記地導体板と略平行な位置に保持する短絡棒を備え、前記短絡棒によって、前記放射素子と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１から第４の発明において、前記放射素子は導体板によって構成されることを特徴とする。
【００１４】
第６の発明のアレイアンテナは、第１から第５の発明に係るアンテナを複数個並べて配置して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、放射素子の外周部を地導体板へ短絡させることによって、放射素子を地導体板に固定する構造とした。すなわち、誘電体基板裏面のストリップ線路に直交するように地導体板表面にスロットを設け、該スロットによって励振される放射素子の外周部と、地導体板とを短絡させた。よって、放射素子を誘電体基板に設ける必要がないので、アンテナのインピーダンスの設計自由度が高い。また、誘電体基板の誘電正接により生じる損失によって放射効率が低下することがない。さらに、放射素子を設けた誘電体基板を用いないので軽量なアンテナを、安価に実現することができる。
【００１６】
なお、地導体板と放射素子との短絡箇所は、前記放射素子の辺の中央部とすることが望ましい。前記放射素子の辺の中央部で放射素子と地導体板を短絡しても、放射素子上の高周波電圧の分布の変化が小さくなるからである。
【００１７】
また、短絡棒を用いて地導体板と放射素子とを短絡させるので、短絡棒の高さの変更が容易である。よって、前記放射素子の高さ位置の設計自由度が高くなる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに整合させることができる。
【００１８】
さらに、放射素子を導体板によって構成するので、アンテナを軽量かつ安価に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のアンテナの斜視図である。
【００２１】
第１実施形態のアンテナは、誘電体基板１０及び放射素子２０によって構成されている。
【００２２】
誘電体基板１０の表面には地導体板１１が設けられる。地導体板１１は誘電体基板１０の略全面に設けられた導体パターンによって構成する。なお、誘電体基板１０の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板の表面に設けた金属パターンによって地導体板１１を構成してもよい。
【００２３】
また、地導体板１１にはスロット１２が設けられる。スロット１２は、その箇所だけ地導体板１１の導体パターンを除去して構成する。
【００２４】
また、誘電体基板１０の裏面には、スロット１２の中央部において、スロット１２と直交するストリップ線路１３が設けられる。ストリップ線路１３は、地導体板１１の端部から地導体板１１の中央部（地導体板１１の中央上部に設けられた放射素子２０の略中央部、すなわち、スロット１２を超えた位置）に延伸して設けられる。また、ストリップ線路１３は、誘電体基板１０の裏面の導体パターンによって構成されており、放射素子２０を励振する高周波信号が供給されるマイクロストリップラインを構成している。
【００２５】
放射素子２０は、平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されており、スロット１２の上部に、地導体板１１と略並行に設けられる。これによって、スロット１２と放射素子２０とが電磁結合する。なお、本実施の形態では放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。本実施形態では、放射素子２０を板状の導体によって構成するので、アンテナに誘電体を用いる必要がなく、アンテナを安価に構成することができる。
【００２６】
放射素子２０の外周部には取付部２１が設けられる。また、取付部２１は、スロット１２が延伸する方向に、放射素子２０から突出している。放射素子２０は、この取付部２１において、地導体板１１と電気的に接続される。なお、図１に示すように放射素子２０が四角形の場合、取付部２１は放射素子２０の対向する辺の中央部に設けることが望ましい。
【００２７】
すなわち、ストリップ線路１３に供給された高周波信号は、放射素子２０を励振する。励振された放射素子２０では、スロット１２と直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。
【００２８】
よって、ダイポールアンテナの中央部（放射素子２０のスロット１２と直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２０の辺のうちスロット１２と直交する辺の中央部において、放射素子２０と地導体板１１とを短絡しても、放射素子２０上の電圧分布は変化しない。
【００２９】
ここで、本発明の実施形態のアンテナの動作原理について説明する。
【００３０】
本実施形態のアンテナは方形パッチアンテナであって、放射素子２０には高周波電圧が励起され、約１／２波長で動作する。一般に、方形パッチアンテナでは、放射素子の一端に給電点が設けられ、放射素子に直接給電される。この場合、放射素子上の電界は、給電点から該給電点に対向する辺の方向に向かうものとなる。
【００３１】
一方、本実施形態のように、放射素子２０とスロット１２が電磁的に結合して放射素子２０に給電するアンテナでは、放射素子２０上の電界はスロットと直交する向きとなる。このとき、放射素子２０には約１／２波長の高周波電圧が励起されるので、放射素子２０の外周辺の内、電界と平行な辺の中央部の電圧はゼロに近くなる。よって、この点で放射素子２０と地導体板１１とを短絡してもアンテナ特性に及ぼす影響は極めて少ない。
【００３２】
すなわち、放射素子２０上の電界と直交する仮想的な面を考えると、該電界と直交する面と放射素子の外周との交点付近では、高周波電圧はほぼゼロになり、この点で放射素子２０と接地することができる。
【００３３】
なお、本発明に係る方形パッチアンテナと異なる種類の平面アンテナとして、逆Ｆアンテナがある。逆Ｆアンテナでは、放射素子に励起される高周波電圧は約１／４波長である。すなわち、逆Ｆアンテナでは、１／４波長の放射導体を備え、その一端に給電点を、他端を接地したものである。
【００３４】
以上説明したように、本発明のアンテナは、公知技術のアンテナとは動作原理が異なる。
【００３５】
図２は、第１実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【００３６】
地導体板１１には、取付穴１４が設けられる。本実施形態では、取付穴１４はスロット１２の延長線上に設けられる。なお、取付穴１４はこの位置に限らず、放射素子２０の取付部２１に対応する位置に設ければよい。例えば、スロット１２が、放射素子２０の中心からずれた位置に設けられている場合は、取付穴１４は、スロット１２の延長線上からずれた位置に設けられる。
【００３７】
放射素子２０の取付部２１には、ビス４２が貫通する取付穴２２が設けられる。
【００３８】
放射素子２０と地導体板１１との間には短絡棒４１が設けられる。短絡棒４１は導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４１は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００３９】
そして、ビス４２が、放射素子２０（取付穴２２）、短絡棒４１及び誘電体基板１０をを貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められる。これによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。短絡棒４１は導電体で形成されているので、放射素子２０の外周部（取付部２１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００４０】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４２によって放射素子２０と地導体板１１とを電気的に接続する。
【００４１】
なお、放射素子２０の誘電体基板１０への固定方法は、前述した方法に限らず多様な方法を採用することができる。例えば、取付穴１４に雌ネジを設け、取付穴１４を貫通したビス４２を、取付穴１４の雌ネジと係合させる方法がある。また、短絡棒４１に雌ネジを設け、放射素子２０と地導体板１１との双方からビスによって固定する方法がある。
【００４２】
このように第１実施形態では、放射素子２０の外周部（放射素子２０の辺の中央部）において、短絡棒４１を用いて地導体板１１と放射素子２０とを短絡させる。よって、短絡棒４１の高さを調整することにより、放射素子２０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに容易に整合させることができ、アンテナ設計の自由度が向上する。
【００４３】
図３は、第１実施形態のアンテナの放射素子の変形例の斜視図である。
【００４４】
第１実施形態の変形例では、放射素子２０の２辺の中央部には、取付部２３が設けられる。取付部２３は、スロット１２が延伸する方向に、放射素子２０から突出している。そして、第１実施形態の変形例の取付部２３は下方に（地導体板１１の方向に略直角に）折り曲げられる。さらに、その先端部が地導体板１１と平行となるように折り曲げられる。
【００４５】
さらに、取付部２３の先端の地導体板１１と平行となるように折り曲げられた部分には、ビスが貫通する取付穴２４が設けられる。
【００４６】
第１実施形態の変形例では、ビスが、放射素子２０の取付穴２４及び誘電体基板１０の取付穴１４を貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められることによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。これによって、放射素子２０の取付部２３と地導体板１１とが電気的に接続される。
【００４７】
このように、取付部２３が折り曲げられ、その先端部に設けられた取付穴２４によって誘電体基板１０に固定されることによって、地導体板１１と放射素子２０とを接続する連結棒等の部材を使用せずに、放射素子２０と地導体板１１とを接続することができる。
【００４８】
また、第１実施形態のアンテナを複数並べて、送受信機の給電回路と各アンテナとの間に合成分配回路を設けることによって、自由な指向特性を持つアレイアンテナを構成することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のアンテナの斜視図である。
【００５０】
第１実施形態のアンテナは、誘電体基板１０、第１放射素子２０及び第２放射素子３０によって構成されている。
【００５１】
誘電体基板１０は、前述した第１実施形態と同様に、地導体板１１、スロット１２、ストリップ線路１３及び取付穴１４が設けられる。
【００５２】
第１放射素子２０は、平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されており、スロット１２の上部に、地導体板１１及び第２放射素子３０と略並行に設けられる。なお、本実施の形態では第１放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。
【００５３】
第１放射素子２０の外周部には取付部２１が設けられる。また、取付部２１は、スロット１２が延伸する方向に、第１放射素子２０から突出している。第１放射素子２０は、この取付部２１において、地導体板１１と電気的に接続される。なお、図４に示すように第１放射素子２０が四角形の場合、取付部２１は第１放射素子２０の対向する辺の中央部に設けることが望ましい。
【００５４】
第２放射素子３０は、第１放射素子２０と略相似形で、少し小さい平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されている。第２放射素子３０は、第１放射素子２０の上部に、地導体板１１及び第１放射素子２０と略並行に設けられる。なお、本実施の形態では第２放射素子３０は四角形であるが、丸形、三角形等多様な形状とすることができる。
【００５５】
第２放射素子３０の中央部には取付穴３１が設けられる。第２放射素子３０は、この取付穴３１によって、第１放射素子２０と接続される。なお、取付穴３１は第２放射素子３０の中央部の他に、第１放射素子２０のように、第２放射素子３０の外周部（より望ましくは、中央部）に設けてもよい。
【００５６】
すなわち、ストリップ線路１３に供給された高周波信号は、第１放射素子２０を励振する。励振された第１放射素子２０では、スロット１２と直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。よって、ダイポールアンテナの中央部（第１放射素子２０のスロット１２と直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２０の辺のうち、スロット１２と直交する辺の中央部において、放射素子２０と地導体板１１を短絡しても、放射素子２０上の電圧分布は変化しない。
【００５７】
また、第１放射素子２０に誘起した高周波電圧は、第２放射素子３０を励起する。第２放射素子３０では、第１放射素子２０と同じ方向（スロット１２と直交する方向）にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。よって、ダイポールアンテナの中央部（第２放射素子３０のスロットと直交する二つの辺の中央部を結ぶ直線上）の高周波電圧はほぼ０になる。同様に第１放射素子２０の中央部（第１放射素子２０のスロットと直交する二つの辺の中央部を結ぶ直線上）の高周波電圧はほぼ０になる。従って、第２放射素子３０の中央部において、第２放射素子３０と第１放射素子２０とを短絡しても、第２放射素子３０上の電圧分布は変化しない。
【００５８】
なお、第２放射素子３０の外周部（辺の中央部）に取付穴を設けた場合も、その部位の電圧はほぼ０であることから、当該部位（辺の中央部）において、第２放射素子３０と第１放射素子２０とを短絡しても、第２放射素子３０上の電圧分布は変化しない。
【００５９】
このように第２実施形態では、複数の放射素子を設けたので、アンテナの共振周波数帯域を広くすることができる。
【００６０】
図５は、第２実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【００６１】
誘電体基板１０には、取付穴１４が設けられる。本実施形態では、取付穴１４はストリップ線路１３の延長線上に設けられる。なお、取付穴１４はこの位置に限らず、第１放射素子２０の取付部２１に対応する位置に設ければよい。
【００６２】
第１放射素子２０の取付部２１には、ビス４２が貫通する取付穴２２が設けられる。また、第１放射素子２０の中央部には、ビス４４が係合する取付穴２４が設けられる。また、取付穴２４には、雌ネジが設けられるとよい。
【００６３】
放射素子２０と地導体板１１との間には短絡棒４１が設けられる。短絡棒４１は導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４１は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００６４】
そして、ビス４２が、第１放射素子２０（取付穴２２）、短絡棒４１及び誘電体基板１０の取付穴１４を貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められる。これによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。短絡棒４１は導電体で形成されているので、第１放射素子２０の外周部（取付部２１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００６５】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４２によって第１放射素子２０と地導体板１１とを電気的に接続する。
【００６６】
さらに、第２放射素子３０と第１放射素子２０との間には短絡棒４３が設けられる。短絡棒４３は、短絡棒４１と同様に、導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４３は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００６７】
そして、ビス４４が、第２放射素子３０（取付穴３１）、短絡棒４３を貫通し、第１放射素子２０の取付穴２４の雌ネジと係合することによって、第２放射素子３０が第１放射素子２０に略平行に固定される。短絡棒４３は導電体で形成されているので、第２放射素子３０の中央部（取付穴３１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００６８】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４４によって第２放射素子３０と第１放射素子２０とを電気的に接続する。
【００６９】
なお、第１放射素子２０の誘電体基板１０への固定方法、及び、第２放射素子３０の第１放射素子２０への固定方法は、第１実施形態で前述したように多様な方法を採用することができる。
【００７０】
このように第２実施形態では、第１放射素子２０の外周部（第１放射素子２０の辺の中央部）において、短絡棒４１を用いて地導体板１１と第１放射素子２０とを短絡させる。また、第２放射素子３０の外周部（第２放射素子３０の辺の中央部）において、短絡棒４３を用いて第１放射素子２０と第２放射素子３０とを短絡させる。
【００７１】
よって、短絡棒４１の高さを調整することにより、第１放射素子２０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。また、短絡棒４３の高さを調整することによって、第２放射素子３０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナの共振周波数帯域幅を広く保ちつつ、所望のインピーダンスに容易に整合させることができ、アンテナ設計の自由度が向上する。
【００７２】
なお、図示を省略するが、前述した第１実施形態の変形例（図３）のように、放射素子２０から突出した取付部２２を下方に（地導体板１１の方向に略直角に）折り曲げられる。さらに、その先端部が地導体板１１と平行となるように折り曲げて構成することもできる。
【００７３】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【００７４】
第３実施形態のアンテナは、誘電体基板１０及び放射素子２０によって構成されている。
【００７５】
誘電体基板１０には、地導体板１１、二つのスロット１２ａ、１２ｂ、二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂ、及び、四つの取付穴１４ａ〜１４ｄが設けられる。
【００７６】
誘電体基板１０の表面には地導体板１１が設けられる。地導体板１１は誘電体基板１０の略全面に設けられた導体パターンによって構成する。なお、誘電体基板１０の代わりにプリント配線板を用い、該プリント配線板の表面に設けた金属パターンによって地導体板１１を構成してもよい。
【００７７】
また、地導体板１１の表面には二つのスロット１２ａ、１２ｂが設けられる。スロット１２ａ、１２ｂは、その箇所だけ地導体板１１の導体パターンを除去して構成する。二つのスロット１２ａ、１２ｂは所定の角度（例えば、図６に示すように直交して）で交差するように設けられる。この所定の角度は、第３実施形態のアンテナから放射される電波の偏波面に従って設定する。
【００７８】
また、地導体板１１の裏面には、スロット１２ａと直交するようにストリップ線路（ストリップ線路）１３ａが設けられ、スロット１２ｂと直交するようにストリップ線路（ストリップ線路）１３ｂが設けられる。二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂが設けられる。ストリップ線路１３ａ、１３ｂは、地導体板１１の端部から地導体板１１の中央部（地導体板１１の中央上部に設けられた放射素子２０の略中央部）に延伸して設けられる。また、ストリップ線路１３ａ、１３ｂは、誘電体基板１０の裏面の導体パターンによって構成されており、放射素子２０を励振する高周波信号が供給されるマイクロストリップラインを構成している。
【００７９】
二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂは、二つのスロット１２ａ、１２ｂが形成する所定の角度（例えば、図６に示すように直交して）で交差するように設けられる。
【００８０】
ストリップ線路１３ａは、スロット１２ａの中心部からはずれた位置において、スロット１２ａと交差する。また、ストリップ線路１３ｂは、スロット１２ｂの中心部からはずれた位置において、スロット１２ｂと交差する。また、ストリップ線路１３ａ、１３ｂの先端は、両ストリップ線路が交差しないように略４５度曲げられて延伸している。これは、その中心で二つのスロット１２ａ、１２ｂが交差するように設けられているので、ストリップ線路１３ａとストリップ線路１３ｂとが交差しないようにするためである。
【００８１】
第３実施形態では、二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂを所定の角度で設け、ストリップ線路１３ａ、１３ｂに選択的に（又は、双方に）給電することによって、複数の偏波面を有するアンテナを構成することができる。
【００８２】
取付穴１４ａ、１４ｂは、スロット１２ａの延長線上に設けられる。また、取付穴１４ｃ、１４ｄは、スロット１２ｂの延長線上に設けられる。なお、取付穴１４ａ〜１４ｄはこの位置に限らず、放射素子２０の取付部２１ａ〜２１ｄに対応する位置に設ければよい。例えば、スロット１２ａ、１２ｂが、放射素子２０の中心からずれた位置に設けられている場合は、取付穴１４ａ〜１４ｄは、スロット１２ａ、１２ｂの延長線上からずれた位置に設けられる。
【００８３】
放射素子２０は、平板状の導電体（例えば、金属板）によって構成されており、スロット１２ａ及びスロット１２ｂの上部に、地導体板１１と略並行に設けられる。なお、本実施の形態では放射素子２０は四角形であるが、丸形、三角形等の多様な形状にすることができる。
【００８４】
放射素子２０の外周部には四つの取付部２１ａ〜２１ｄが設けられる。取付部２１ａ、２１ｂは、スロット１２ａが延伸する方向に、放射素子２０から突出している。また、取付部２１ｃ、２１ｄは、スロット１２ｂが延伸する方向に、放射素子２０から突出している。
【００８５】
放射素子２０は、この取付部２１ａ〜２１ｄにおいて、地導体板１１と電気的に接続される。なお、図６に示すように放射素子２０が四角形の場合、取付部２１ａ、２１ｂは放射素子２０の対向する辺の中央部に設け、取付部２１ｃ、２１ｄは放射素子２０の対向する他の辺の中央部に設けることが望ましい。
【００８６】
取付部２１ａ〜２１ｄの各々には、ビス４２が貫通する取付穴２２が設けられる。
【００８７】
放射素子２０と地導体板１１との間には短絡棒４１が設けられる。短絡棒４１は導電体（例えば、金属）で円筒形が形成されている。すなわち、短絡棒４１は並行な底面を有し、中心軸に貫通穴が設けられる。
【００８８】
そして、ビス４２が、放射素子２０（取付穴２２）、短絡棒４１及び誘電体基板１０の取付穴１４を貫通し、誘電体基板１０の裏面側（ストリップ線路１３が設けられた側）からナットで止められる。これによって、放射素子２０が地導体板１１に略平行に固定される。短絡棒４１は導電体で形成されているので、放射素子２０の外周部（取付部２１）と地導体板１１とは、電気的（直流的）に接続される。
【００８９】
なお、短絡棒４１は、導電体に限らず絶縁体で構成してもよい。この場合、ビス４２によって放射素子２０と地導体板１１とを電気的に接続する。
【００９０】
なお、放射素子２０の誘電体基板１０への固定方法は、第１実施形態で前述したように多様な方法を採用することができる。
【００９１】
また、図示を省略するが、前述した第１実施形態の変形例（図３）のように、放射素子２０から突出した取付部２１を下方に（地導体板１１の方向に略直角に）折り曲げ、さらに、その先端部が地導体板１１と平行となるように折り曲げて構成することもできる。
【００９２】
このように第３実施形態では、ストリップ線路１３ａに供給された高周波信号は、放射素子２０を励振する。励振された放射素子２０では、スロット１２ａと直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。また、ストリップ線路１３ｂに供給された高周波信号は、放射素子２０を励振する。励振された放射素子２０では、スロット１２ｂと直交する方向にダイポールアンテナが形成されたように高周波電圧が分布する。
【００９３】
よって、ダイポールアンテナの中央部（放射素子２０のスロットと直交する辺の中央部）に励起される高周波電圧はほぼ０になる。従って、放射素子２０の辺の中央部において、放射素子２０と地導体板１１を短絡しても、放射素子２０上の電圧分布は変化しない。
【００９４】
すなわち第３実施形態では、二つのストリップ線路１３ａ、１３ｂを設け、短絡棒４１を用いて地導体板１１と放射素子２０とを短絡させる。よって、複数の偏波面を有するアンテナにおいても、短絡棒４１の高さを調整することにより、放射素子２０の高さ位置の設計自由度を高くすることができる。従って、アンテナを所望のインピーダンスに容易に整合させることができる。
【００９５】
特許請求の範囲に記載した以外に本明細書に開示した発明の観点の代表的なものとして、次のものがあげられる。
【００９６】
１．スロットを設けた地導体板及び前記スロットと交差するストリップ線路を備え、
少なくとも、前記地導体板に略平行な平板状の第１放射素子及び前記第１放射素子に略平行な平板状の第２放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記第１放射素子との電磁結合によって前記第１放射素子に給電し、前記第１放射素子と前記第２放射素子との電磁結合によって前記第２放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記第１放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【００９７】
２．スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路を備え、
少なくとも、前記地導体板に略平行な平板状の第１放射素子及び前記第１放射素子に略平行な平板状の第２放射素子を備え、
及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記第１放射素子との電磁結合によって前記第１放射素子に給電し、前記第１放射素子と前記第２放射素子との電磁結合によって前記第２放射素子に給電するアンテナであって、
前記第１放射素子上で高周波電圧が小さくなる箇所において、前記第１放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【００９８】
３．所定の角度で交差する二つのスロットを設けた地導体板、前記各スロットと交差する二つのストリップ線路を備え、
少なくとも、前記地導体板に略平行な平板状の第１放射素子及び前記第１放射素子に略平行な平板状の第２放射素子を備え、
前記各ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記各スロットを励振し、スロットと前記第１放射素子との電磁結合によって前記第１放射素子に給電し、前記第１放射素子と前記第２放射素子との電磁結合によって前記第２放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記第１放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【００９９】
４．前記第１放射素子を前記地導体板と略平行な位置に保持する短絡棒を備え、
前記短絡棒によって、前記第１放射素子と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする１項から３項のいずれか一つに記載のアンテナ。
【０１００】
５．前記第１放射素子は導体板によって構成されることを特徴とする１項から３項のいずれか一つに記載のアンテナ。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明に係るアンテナは、携帯電話システム等の移動体通信システムの基地局に使用すると好適である。また、本実施の形態のアンテナを複数並べるアレイアンテナに用いると好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１実施形態のアンテナの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態のアンテナの放射素子の変形例の斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態のアンテナの斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態のアンテナの分解斜視図である。
【図７】従来のアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０ 誘電体基板
１１ 地導体板
１２ スロット
１３ ストリップ線路
１４ 取付穴
２０ 放射素子（第１放射素子）
２１、２３ 取付部
２２、２４ 取付穴
３０ 放射素子（第２放射素子）
３１ 取付穴
４１、４３ 短絡棒
４２、４４ ビス
２ 誘電体板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
前記放射素子上で高周波電圧が小さくなる箇所において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
所定の角度で交差する二つのスロットを設けた地導体板、前記各スロットと交差する二つのストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記各ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記各スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
前記放射素子を前記地導体板と略平行な位置に保持する短絡棒を備え、
前記短絡棒によって、前記放射素子と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記放射素子は導体板によって構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のアンテナ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のアンテナを複数個並べて配置して構成したことを特徴とするアレイアンテナ。
【請求項１】
スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
スロットを設けた地導体板、前記スロットと交差するストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
前記放射素子上で高周波電圧が小さくなる箇所において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
所定の角度で交差する二つのスロットを設けた地導体板、前記各スロットと交差する二つのストリップ線路、及び、前記地導体板に略平行な平板状の放射素子を備え、
前記各ストリップ線路に高周波信号を供給することによって前記各スロットを励振し、前記スロットと前記放射素子との電磁結合によって、前記放射素子に給電するアンテナであって、
前記スロットの長手方向において、前記放射素子の外周部と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
前記放射素子を前記地導体板と略平行な位置に保持する短絡棒を備え、
前記短絡棒によって、前記放射素子と前記地導体板とを短絡させたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のアンテナ。
【請求項５】
前記放射素子は導体板によって構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のアンテナ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載のアンテナを複数個並べて配置して構成したことを特徴とするアレイアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１９７１８８（Ｐ２００６−１９７１８８Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６１５０（Ｐ２００５−６１５０）
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００１１７４９０）アンテン株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００１１７４９０）アンテン株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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