無指向性アンテナ及び無指向性アンテナアレイ
【課題】アンテナの小型化を実現すると共に位相調整を容易に行うことができる無指向性アンテナを提供する。
【解決手段】無指向性アンテナ１００は、長尺状の誘電体基板１と、誘電体基板の一方の面に形成された導電膜１２と、該導電膜上に形成されたコの字型スロット２，３と、コの字型スロット２，３を覆うように配置され、無給電素子を構成する金属管４と、誘電体基板１の他方の面に形成され、コの字型スロット２，３に電力を供給するマイクロストリップ線路５，６とを備えている。コの字型スロットの２，３の全長はそれぞれλ／４〜λ／２であり、金属管４の長さはλ／２以下である。
【解決手段】無指向性アンテナ１００は、長尺状の誘電体基板１と、誘電体基板の一方の面に形成された導電膜１２と、該導電膜上に形成されたコの字型スロット２，３と、コの字型スロット２，３を覆うように配置され、無給電素子を構成する金属管４と、誘電体基板１の他方の面に形成され、コの字型スロット２，３に電力を供給するマイクロストリップ線路５，６とを備えている。コの字型スロットの２，３の全長はそれぞれλ／４〜λ／２であり、金属管４の長さはλ／２以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無指向性アンテナおよび無指向性アンテナアレイに関し、特に、ＰＨＳや携帯電話等の移動通信システムに使用される無指向性アンテナ及無指向性アンテナアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＨＳや携帯電話に代表される移動通信システムに使用される移動通信用基地局アンテナでは、水平面内の指向性が無指向性の垂直偏波アンテナが使用されている。
【０００３】
図１５は、従来の無指向性アンテナの構成を示す斜視図である。図１５のアンテナは、誘電体基板１５１と、一次放射素子を構成するパッチアンテナ１５２と、無給電素子を構成する筒状金属体１５３と、マイクロストリップ線路１５４と、給電端子１５６とを有している。
【０００４】
このアンテナでは、給電端子１５６に入力される励振電力が、マイクロストリップ線路１５４を介してパッチアンテナ１５２に給電され、パッチアンテナ１５２が励振される。そして、パッチアンテナ１５２から放射された電磁波によって、筒状金属体１５３よりなる無給電素子が励振され、筒状金属体１５３の外表面に高周波電流が誘起される。
【０００５】
この誘起電流は、筒状金属体１５３の中心軸に平行な方向に流れ、円周方向に一様な振幅を有する。したがって、この誘起電流から放射される電磁波は、筒状金属体１５３の中心軸に垂直な面、即ち、水平面内において無指向性パターンとなる。
ここで、図１５の無指向性アンテナでは、アンテナの直径が大きくなると、パッチアンテナ１５２と筒状金属体１５３との結合が弱くなり、その結果アンテナの帯域幅が狭くなる。このため、従来の無指向性アンテナにおいて所望の帯域幅を持たせるためには、アンテナの直径をあまり大きくすることができないという問題点があった。
【０００６】
上記問題を解消するべく、図１６に示すように、誘電体基板１６１と、矩形状の環状スロット１６２と、無給電素子を構成する筒状金属体１６３と、マイクロストリップ線路１６４と、給電端子１６６とを備えるアンテナが提案されている。図１６のアンテナでは、誘電体基板１６１の表面側には金属薄膜からなる導電膜（不図示）が形成されており、この導電膜は、環状スロット２により囲まれている第１の部分と、それ以外の第２の部分とから構成される。導電膜の第１の部分は接地導体を構成し、この接地導体とマイクロストリップ線路１６４とで給電回路を構成する。また、マイクロストリップ線路１６４の先端は、導電膜の第２の部分まで延長されており、これにより一次放射素子を構成する環状スロット１６２に電磁結合給電を行っている。本アンテナによれば、帯域幅を狭くすることなく、無給電素子を構成する筒状金属体の内径を大きくすることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−５５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のアンテナを用いて２周波共用のアレイアンテナを構成した場合、環状スロットと給電線部が占める割合が大きいことから、位相調整のための余長給電線を収容することができず、位相調整を行うことが困難であるという問題がある。また、余長給電線を収容するスペースがアンテナごとに必要となることから、アレイアンテナが大型化するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、アンテナの小型化を実現すると共に位相調整を容易に行うことができる無指向性アンテナ及び無指向性アンテナアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の無指向性アンテナは、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に形成された導電層と、前記導電層に形成され、平面視において両端がオープン形状をなし、その全長がλ／４〜λ／２であるスロットと、前記誘電体基板の他方の面に形成され、前記スロットを投影した場合に前記スロットの内側まで延出した給電路と、前記スロットを覆うように配置され、無給電素子を構成する金属環であって、その長さがλ／２以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の無指向性アンテナは、低周波数帯ｆＬの電磁波を放射する第１スロット及び高周波数帯ｆＨの電磁波を放射する第２スロットと、前記誘電体基板の他方の面に形成され、第１スロットを投影した場合に前記第１スロットの内側まで延出した第１給電路と、前記誘電体基板の他方の面に形成され、第２スロットを投影した場合に前記第２スロットの内側まで延出した第２給電路とを更に備え、前記金属環が、前記第１スロット及び前記第２スロットを覆うように配置され、その長さが高周波数帯ｆＨのλ／２以下である。
【００１２】
また、前記第１給電路及び前記第２給電路が、前記誘電体基板の両端部に配置される。
【００１３】
さらに、前記スロットのオープン形状が、前記金属環の開口側に配置されるのが好ましい。
【００１４】
また、前記誘電体基板は長尺状であり、前記誘電体基板の幅寸法がほぼλ／５程度であっても構成可能である。
【００１５】
さらに、前記誘電体基板に、前記給電路に沿って複数のスルーホールが形成されているのが好ましい。
【００１６】
本発明の無指向性アンテナは、前記誘電体基板の端面に設けられ、前記金属環の軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の櫛歯状係合部を更に備えている。
【００１７】
また、本発明の無指向性アレイアンテナは、上記無指向性アンテナの複数が縦列配置されて構成されている。
【００１８】
また、隣接する２つの無指向性アンテナ間において、一の無指向性アンテナにおける給電路と他の無指向性アンテナにおける給電路とがミアンダ部を介して接続される。
【００１９】
さらに、本発明の無指向性アレイアンテナでは、上記無指向性アンテナの複数が交互に縦列配置され、３周波共用アンテナを構成している。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、導電層に形成されるスロットの両端がオープン形状をなしており、その全長がλ／４〜λ／２である。そして金属環がスロットを覆うように配置され、その長さがλ／２以下である。さらに、オープン形状をなす本スロット構成により、給電路の長さを短く構成することができる。したがってアンテナの小型化を実現する事ができる。また、本発明の無指向性アンテナの複数を縦列配置してアレイアンテナを構成する場合、隣接する無指向性アンテナ間にスペースを形成できるため、位相調整のための給電路余長をミアンダ形状で配置することが可能となり、これにより位相調整を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の無指向性アンテナの平面図であり、（ａ）は導電膜側から見た図、（ｂ）はマイクロストリップ線路側から見た図、（ｃ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図３】図２におけるマイクロストリップ線路とコの字型スロットとの位置関係を示す図である。
【図４】本発明に係る無指向性アンテナと従来の無指向性アンテナとの特性の比較を示す図であり、（ａ）は従来の無指向性（ループ型）スロットアンテナの特性、（ｂ）は本発明における無指向性（コの字型）スロットアンテナの特性を示す。
【図５】本実施形態に係る無指向性アレイアンテナの構成を概略的に示す図である。
【図６】図５の無指向性アレイアンテナの１．９ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。
【図７】図５の無指向性アレイアンテナの２．５６ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。
【図８】本発明の第２実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図９】誘電体基板にスルーホールが設けられていない無指向性アンテナとスルーホールが設けられている無指向性アンテナとの特性を比較する図である。
【図１０】図８における金属管の固定方法を説明する図であり、（ａ）は誘電体基板の平面図、（ｂ）は誘電体基板に金属管が固定された状態を示す。
【図１１】図５の無指向性アレイアンテナの変形例を示す図であり、（ａ）第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示す。
【図１２】図１の無指向性アンテナの変形例を示す図である。
【図１３】図１におけるスロットアンテナの変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【図１４】図１におけるストリップ線路の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【図１５】従来の無指向性アンテナの構成を示す斜視図である。
【図１６】従来の他の無指向性アンテナの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１の無指向性アンテナの平面図であり、（ａ）は導電膜側から見た図、（ｂ）はマイクロストリップ線路側から見た図、（ｃ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【００２４】
図１に示すように、無指向性アンテナ１００は、長尺状の誘電体基板１と、誘電体基板の一方の面に形成された導電膜１２（導電層）と、該導電膜上に形成されたコの字型スロット２，３（第１及び第２スロット）と、スロット２，３を覆うように配置され、無給電素子を構成する金属管４と、誘電体基板１の他方の面に形成され、コの字型スロット２，３に電力を供給するマイクロストリップ線路５，６（第１及び第２給電路）とを備えている。
【００２５】
誘電体基板１は電気的絶縁体を構成する板状体であり、例えば、長さ１００ｍｍ、幅１９．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍである。この誘電体基板１の幅寸法は、例えばほぼλ／５となるように設計される。導電膜１２は、誘電体基板１の一方の面のほぼ全体に形成された所定厚さの膜であり、その厚さは例えば３５μｍである。
【００２６】
コの字型スロット２，３は、誘電体基板１の長手方向に縦列配置されており、２周波共用アンテナを構成している（図２（ａ））。本実施形態では、コの字型スロット２は、１．９ＧＨｚ等の低周波数帯ｆＬの電磁波を放射し、コの字型スロット３は、２．５６ＧＨｚの高周波数帯ｆＨの電磁波を放射するものである。コの字型スロット２，３の深さは導電膜１２の厚さと同一であり、導電膜１２を貫通して形成されている（図２（ｃ））。また本実施形態では、コの字型スロット２，３のオープン形状は、それぞれ金属管４の開口側に配置されている。コの字型スロット２の全長は、例えばλ／４〜λ／２、コの字型スロット３の全長も、例えばλ／４〜λ／２である。
【００２７】
金属管４は、コの字型スロット２，３のほぼ全表面を覆うように配置された断面略円形の管であり、その長さは高周波数帯ｆＨのλ／２、内径は２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。この金属管４は、半径方向に弾性変形する可撓性部材である。この金属管４を誘電体基板１に取り付ける際には、金属管４の外周面を半径方向に押圧した状態で誘電体基板１を挿通し、当該押圧を解除することにより、誘電体基板１の所定位置に挟持される。
【００２８】
なお本実施形態では金属管４は断面略円形の管であるが、これに限るものではなく、断面略楕円形、あるいは断面略多角形の環状体であってもよい。また、金属管４は、コの字型スロット２，３の表面のほぼ全表面を覆うように配置されているが、これに限るものではなく、コの字型スロット２，３の表面の少なくとも一部を覆うように配置されてもよい。
【００２９】
マイクロストリップ線路５，６は誘電体基板１の幅方向端部に形成されている（図２（ｂ））。マイクロストリップ線路５は、誘電体基板１の内側方向に延出したＬ字型の分岐線を有しており、マイクロストリップ線路５の主線に対して直角方向に延出した第１線路５１と、第１線路５１の端部から略直角方向に延出した第２線路５２とを有している。マイクロストリップ線路６は、マイクロストリップ線路６の主線に対して直角方向に延出した第１線路６１と、第１線路６１の端部から略直角方向に延出した第２線路６２とを有している。ミアンダ部５３ａ，５３ｂは、アンテナ特性を向上させるための線路が収容されたものであり、それぞれ第２線路５２，６２の端部から所定距離を隔てて配置されている。無指向性アンテナ１００の端面には不図示の給電端子が配されており、該給電端子によりマイクロストリップ線路５、６に電力が供給されている。
【００３０】
図３は、図２におけるコの字型スロット２，３とマイクロストリップ線路５，６との各位置関係を示す投影図である。
【００３１】
図３において、スロット２は、第１線路５１と略直角に配された第１スロット部２１と、第１スロット部２１の両端から該第１スロット部に対して略直角方向に延出した第２，第３スロット部２２，２３とを有している。すなわち本実施形態では、第１スロット部２１と第１及び第２線路５１，５２とを１つの平面に投影した場合、第１スロット部２１は、第１線路５１に略平行に配置されており、且つ第２線路５２と略直角に交差するよう配置されている。
【００３２】
第１スロット部２１の長さは、例えば６ｍｍ、第２，第３スロット部２２，２３の長さは、例えば２３．８ｍｍである。第１，第２，第３スロット部２１，２２，２３の幅及び深さは同一であり、幅１ｍｍ、深さ０．０３５ｍｍである。また、第１線路５１の長さは、例えば５．１ｍｍ、第２線路５２の長さは、例えば２３．５ｍｍである。なお、スロット２及び第１及び第２線路５１，５２の寸法は例示であり、上記値に制限されるものではない。
【００３３】
スロット３は、第１線路６１と略直角に配された第１スロット部３１と、第１スロット部３１の両端からそれぞれ該第１スロット部に対して略直角方向に延出した第２，第３スロット部３２，３３とを有している。すなわち本実施形態では、第１スロット部３１と第１及び第２線路６２，６２とを１つの平面に投影した場合、第１スロット部３１は、第１線路６１に略平行に配置されており、且つ第２線路６２と略直角に交差するよう配置されている。
【００３４】
第１スロット部３１の長さは、例えば６．０ｍｍ、第２，第３スロット部３２，３３の長さは、例えば１８．６ｍｍである。第１，第２，第３スロット部３１，３２，３３の幅及び深さはほぼ同一であり、幅１ｍｍ、深さ０．０３５ｍｍである。なお、スロット３及び第１及び第２線路６１，６２の寸法は例示であり、上記値に制限されるものではない。
【００３５】
上記のように構成される無指向性アンテナ１００では、給電端子に入力された励振電力が、マイクロストリップ線路５，６を介してコの字型スロット２，３に供給され、コの字型スロット２，３が励振される。そして、コの字型スロット２，３から放射された電磁波によって金属管４の外表面に高周波電流が誘起される。
【００３６】
図４は、本発明に係る無指向性アンテナ１００と従来の無指向性アンテナとの特性の比較を示す図であり、（ａ）は従来の無指向性（ループ型）スロットアンテナの特性、（ｂ）は本発明における無指向性（コの字型）スロットアンテナの特性を示す。なお図４では、高周波数帯（２．５６ＧＨｚ）用のコの字型スロット２を例に挙げて説明する。
【００３７】
本発明者は、誘電体基板１上に形成されるスロットをコの字型の形状とした場合における給電線路及びスロットの長さについて、以下のような実験結果を得た。すなわちマイクロストリップ線路５の分岐路において、主線から第１スロット部２１と交差する位置までの長さをＬｂ、第２スロット部２２の長さをＳＹとし、所定インピーダンスを得るように形成する。一方、従来のループ型スロットで上記所定インピーダンスと同一のインピーダンスを得るように構成すると、Ｌｂ、ＳＹは共にコの字型スロットの場合より大きい値となる（図４（ａ））。
【００３８】
よって本実施形態におけるコの字型スロットでは、マイクロストリップ線路５の分岐路、特に第２スロット部２２と平行な部分の長さと、第２スロット部２２との長さとを共にループ型スロットの場合より小さい値とすることができる。この結果、無指向性スロットアンテナ１００の長手方向寸法を、ループ型スロットと比較して大幅に小さくすることが可能となっている。また、無指向性スロットアンテナ１００の長手方向端部に十分なスペースを確保することが可能となるため、位相調整のための給電線路、すなわちミアンダ部５３ａ，５３ｂを当該スペースに配置することが可能となっている。
【００３９】
図５は、本実施形態に係る無指向性アレイアンテナの構成を概略的に示す図である。
【００４０】
図５の無指向性アレイアンテナは、図１の無指向性アンテナ１００を長手方向に縦列配置したものである。例えば、無指向性アレイアンテナは、図１の無指向性アンテナ１００が１０個使用された構成となっており、その長さは８６０ｍｍである。なお、無指向性アレイアンテナの長さは例示であり、上記値に制限されるものではない。
【００４１】
本無指向性アレイアンテナでは、一の無指向性アンテナ１００におけるコの字型スロット２（高周波数帯用）と、隣接する他の無指向性アンテナ１００におけるコの字型スロット３（低周波数帯用）とが対向して配置されている。そして、一の無指向性アンテナ１００における金属管４と、隣接する他の無指向性アンテナ１００における金属管４とが所定間隔で配置されている。また、一の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５，６は、それぞれ隣接する他の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５，６と電気的に接続されており、本アレイアンテナの端部に設けられた不図示の給電端子から電力が供給される。一の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５と他の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５とは、位相調整を行うためのミアンダ部５３を介して接続されている。
【００４２】
ここで、アレイアンテナの長手方向寸法に制限があるという条件で２周波共用アンテナを作製する際には、周波数ごとに無指向性アンテナを作製すると長くなってしまうため、２つの周波数素子を交互に配置して小型化を図っている。このとき、素子間隔の最小値は、金属管４の長さで決定され、最大値は、グレーティングローブと呼ばれる不要波の発生を回避するべく高周波数側の波長によって決定される。よって周波数の組合せによっては、上記最大値と最小値の間の素子間隔では無指向性アンテナが収まらない場合がある。
【００４３】
本実施形態における無指向性アンテナでは、コの字型スロットの全長が、従来のループ型無指向性アンテナの全長（λ）の約半分であるため、１つの金属管内に２つのスロットを配置して、１つの金属管が２周波で共振できる構成となっている。これにより、無指向性アレイアンテナではアンテナを構成するスペースを小さくすることができ、素子間隔の選択肢の幅を拡げることが可能となっている。
【００４４】
図６は、図５の無指向性アレイアンテナの１．９ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。また、図７は、同アンテナの２．５６ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。なお図６及び図７では、本実施形態に係る無指向性アレイアンテナとして、高周波数帯用のスロット２を１５個、低周波数帯用のスロット３を２０個使用した無指向性アレイアンテナの特性を示している。
【００４５】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直面内利得については、１．８８ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ、１．９２ＧＨｚのいずれの周波数においても、ほぼ全ての角度θで高い利得を示しており、特にθ＝−１５０°〜−３０°及び３０°〜１５０°で利得がほぼ−２０〜−０ｄＢである。また、水平面内指向性については、１．８８ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ、１．９２ＧＨｚのいずれの周波数においてもほぼ無指向である。
【００４６】
また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直面内利得については、２．５４ＧＨｚ、２．５６ＧＨｚ、２．５８ＧＨｚのいずれの周波数においても、ほぼ全ての角度θで高い利得を示しており、特にθ＝−１５０°〜−３０°及び３０°〜１５０°で利得がほぼ−２０〜−０ｄＢである。また、水平面内指向性については、２．５４ＧＨｚ、２．５６ＧＨｚ、２．５８ＧＨｚのいずれの周波数においてもほぼ無指向である。よって、本実施形態の無指向性アレイアンテナでは、高周波数帯ｆＨ及び低周波数帯ｆＬの双方で、垂直面内利得及び水平面内無指向性がよいことが分かる。
【００４７】
上述したように、本実施形態によれば、導電膜１２に形成されるスロット２，３がコの字型であり、各全長がλ／４〜λ／２である。そして金属管４がスロットを覆うように配置され、その長さがλ／２以下である。さらに、オープン形状をなす本スロット構成により、マイクロストリップ線路５，６の各分岐路の長さを短く構成することができる。すなわち１つの金属管４内に２つのスロット２，３を配置して、１つの金属管４が２周波で共振できる構成となっている。これによりアンテナを構成するスペースを小さくすることができ、無指向性アンテナの小型化を実現することができる。また、無指向性アンテナ１００の複数を縦列配置して無指向性アレイアンテナを構成する場合、隣接する無指向性アンテナ間にスペースを形成できるため、位相調整のためのミアンダ部５３ａ，５３ｂを当該スペースに配置することが可能となり、これにより位相調整を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
図８は、本発明の第２実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。本第２実施形態に係る無指向性アンテナは、第１実施形態に係る無指向性アンテナにスルーホールを設けた構成となっている。なお、他の構成は、図１の無指向性アンテナと基本的に同一であるので、その説明を省略し、異なる部分を説明する。
【００４９】
図８において、無指向性アンテナ２００において、誘電体基板１には、マイクロストリップ線路５に沿って、該マイクロストリップ線路５の両側にスルーホール７１が列設されている。そして、スルーホール７１内には、導電膜１２と一体成形された半田等の導電体７２が充填されている。そして、マイクロストリップ線路５側では、隣接する導電体７２が電極パターン２０１により電気的に接続されている。すなわちマイクロストリップ線路５側では、マイクロストリップ線路５の両側に、該マイクロストリップ線路と平行となるように２列のパターン配線２０１が形成されている。マイクロストリップ線路６の両側にも同様にスルーホールが形成されており、その構成は基本的にスルーホール７１と同様であるのでその説明を省略する。
【００５０】
尚、本実施形態では、半田等の導電性材料からなる導電体７２がスルーホール７１内に充填されているが、これに限るものではなく、導電膜がスルーホール７１の内周面に形成されていてもよい。
【００５１】
図９は、誘電体基板にスルーホールが設けられていない無指向性アンテナとスルーホールが設けられている無指向性アンテナとの特性を比較する図である。
【００５２】
スルーホールが形成されていない無指向性アンテナでは、１．９ＧＨｚ帯でほぼ無指向となっている。一方、スルーホールが形成されている無指向性アンテナでは、１．９ＧＨｚ帯でほぼ無指向であるのに加えて、２．５６ＧＨｚ帯における無指向性が改善されている。よって、無指向性アンテナ或いは無指向性アレイアンテナにおいてスルーホールを設けることにより、２周波の無指向性を更に向上することが可能となる。
【００５３】
図１０は、図８における金属管４の固定方法を説明する図であり、（ａ）は誘電体基板１の平面図、（ｂ）は誘電体基板１に金属管が固定された状態を示す。
【００５４】
図１０に示すように、無指向性アンテナ３００は、誘電体基板１の幅方向における両側面に設けられ、金属管４の一方の端面と係合する係合部３１３，３１５と、金属管４の他方の端面と係合する係合部３１４，３１６とを備えている。係合部３１３，３１４は、誘電体基板１の幅方向における一方の端面に形成されて、互いに協働して金属管４を所定位置に固定する。また、係合部３１５，３１６は、誘電体基板１の幅方向における一方の端面に形成されて、互いに協働して金属管４を所定位置に固定する。
【００５５】
本実施形態では、係合部３１３，３１４，３１５，３１６は櫛歯型形状を有している。これにより金属管４の固定位置を変更したい場合や金属管４の長さが変更された場合であっても、金属管４を誘電体基板１に確実に固定することが可能となっている。
【００５６】
そして、金属管４が誘電体基板１に固定された状態では、無指向性アンテナ３００の平面視において、一部が金属管４の端面から突出した状態でコの字型スロット２が金属管４内に収容され、コの字型スロット３の全部が金属管４内に収容される。
【００５７】
なお本実施形態では、無指向性アンテナ１００の平面視においてコの字型スロット２の端部が金属管４の端面から突出するように配置されているが、これに限るものではない。無指向性アンテナ１００の平面視において、コの字型スロット２の全部及びコの字型スロット３の全部が金属管４内に収容されてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では係合部３１３，３１４が誘電体基板１の幅方向における一方の端面に形成され、さらに係合部３１５，３１６が誘電体基板１の幅方向における他方の端面に形成されているが、これに限るものではない。誘電体基板１の幅方向におけるいずれか一方の端面に、金属管４の軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の係合部が形成されていてもよい。
【００５９】
図１１は、図５の無指向性アレイアンテナの変形例を示す図であり、（ａ）第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示す。
【００６０】
図１１（ａ）において、無指向性アレイアンテナ４００は、無指向性アンテナ１００に加えて、他の周波数帯、例えば９００ＭＨｚ帯用のコの字型スロット４０１を備えている。コの字型スロット４０１は、コの字型スロット２，３に縦列配置されており、その開口側がコの字型スロット３の開口側と対向するように形成されている。このとき、スロット４０１の全長はスロット２の全長のほぼ２倍であり、金属管４の長さもスロット４０１の全長に応じて大きい値となる。これにより、小型の３周波共用無指向性アンテナを構成することができる。
【００６１】
また図５の無指向性アレイアンテナでは、２周波共用の無指向性アンテナであるが、これに限るものではなく、図１１（ｂ）に示すように、高周波数用スロット５０１を有する１周波用の無指向性アンテナ５００を複数配置した無指向性アレイアンテナであってもよい。この場合、金属管４の長さは、例えばλ／２以下となるように設計される。
【００６２】
また、図５の無指向性アレイアンテナでは、隣接する２つの金属管４が一定の間隔で配置されているが、図１１（ｃ）に示すように、隣接する２つの金属管４が異なる間隔（ａ≠ｂ）で配置されていてもよい。
【００６３】
図１２は、図１の無指向性アンテナの変形例を示す図である。
【００６４】
図１２において、無指向性アンテナ６００のコの字型スロット６０２，６０３は、誘電体基板１の幅方向に並べて配置されており、且つ、それぞれ金属管６０４の一方の開口側に向かって開口するように配置されている。そして、コの字型スロット６０２には、マイクロストリップ線路６０５から電力が供給され、コの字型スロット６０３には、マイクロストリップ線路６０６から電力が供給されている。
【００６５】
図１３は、図１におけるスロット２，３の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【００６６】
図１におけるスロット２，３は略コの字型であるが、これに限らず、例えば図１３（ａ）に示すように略へら型であってもよいし、図１３（ｂ）に示すように略Ｕ字型であってもよい。すなわち本実施形態の各スロットでは、平面視においてスロットの両端がオープン形状をなしていればよく、このオープン形状とは、環状スロットの一箇所が開放されることで形成されるスロットの両端の形状である。
【００６７】
図１４は、図１におけるマイクロストリップ線路５の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【００６８】
図１におけるマイクロストリップ線路５は略Ｌ字型の分岐路を有しているが、これに限るものではない。マイクロストリップ線路９０６は、マイクロストリップ線路５の主線から内側に向かって略直角に延出する第１線路９１５のみを有していてもよい。この場合、第３スロット部２３と第１線路９１５とを１つの平面に投影した場合、第３スロット部２３は、第１線路９１５と略直角に交差するよう配置されている。これによりマイクロストリップ線路９０６を簡便な構成とすることができる。
【００６９】
また、マイクロストリップ線路９０６は、マイクロストリップ線路５の主線から内側に向かって仰角略４５°に延出する第１線路９１６のみを有していてもよい。この場合、第３スロット部２３と第１線路９１６とを１つの平面に投影した場合、第３スロット部２３は、第１線路９１６と略４５°で交差するよう配置されている。これによりマイクロストリップ線路９０６の構成に自由度を持たせることができる。
【００７０】
また、本実施形態は、本発明に係る無指向性アンテナ及び無指向性アレイアンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における無指向性アンテナ及び無指向性アレイアンテナの細部構成に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 誘電体基板
２，３コの字型スロット
４ 金属管
５，６ マイクロストリップ線路
１２ 導電膜
２１，３１ 第１スロット部
２２，３２ 第２スロット部
２３，３３ 第３スロット部
５１，６１ 第１線路
５２，６２ 第２線路
５３ａ，５３ｂ ミアンダ部
７１ スルーホール
１００ 無指向性アンテナ
３１３，３１４，３１５，３１６ 係合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無指向性アンテナおよび無指向性アンテナアレイに関し、特に、ＰＨＳや携帯電話等の移動通信システムに使用される無指向性アンテナ及無指向性アンテナアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＨＳや携帯電話に代表される移動通信システムに使用される移動通信用基地局アンテナでは、水平面内の指向性が無指向性の垂直偏波アンテナが使用されている。
【０００３】
図１５は、従来の無指向性アンテナの構成を示す斜視図である。図１５のアンテナは、誘電体基板１５１と、一次放射素子を構成するパッチアンテナ１５２と、無給電素子を構成する筒状金属体１５３と、マイクロストリップ線路１５４と、給電端子１５６とを有している。
【０００４】
このアンテナでは、給電端子１５６に入力される励振電力が、マイクロストリップ線路１５４を介してパッチアンテナ１５２に給電され、パッチアンテナ１５２が励振される。そして、パッチアンテナ１５２から放射された電磁波によって、筒状金属体１５３よりなる無給電素子が励振され、筒状金属体１５３の外表面に高周波電流が誘起される。
【０００５】
この誘起電流は、筒状金属体１５３の中心軸に平行な方向に流れ、円周方向に一様な振幅を有する。したがって、この誘起電流から放射される電磁波は、筒状金属体１５３の中心軸に垂直な面、即ち、水平面内において無指向性パターンとなる。
ここで、図１５の無指向性アンテナでは、アンテナの直径が大きくなると、パッチアンテナ１５２と筒状金属体１５３との結合が弱くなり、その結果アンテナの帯域幅が狭くなる。このため、従来の無指向性アンテナにおいて所望の帯域幅を持たせるためには、アンテナの直径をあまり大きくすることができないという問題点があった。
【０００６】
上記問題を解消するべく、図１６に示すように、誘電体基板１６１と、矩形状の環状スロット１６２と、無給電素子を構成する筒状金属体１６３と、マイクロストリップ線路１６４と、給電端子１６６とを備えるアンテナが提案されている。図１６のアンテナでは、誘電体基板１６１の表面側には金属薄膜からなる導電膜（不図示）が形成されており、この導電膜は、環状スロット２により囲まれている第１の部分と、それ以外の第２の部分とから構成される。導電膜の第１の部分は接地導体を構成し、この接地導体とマイクロストリップ線路１６４とで給電回路を構成する。また、マイクロストリップ線路１６４の先端は、導電膜の第２の部分まで延長されており、これにより一次放射素子を構成する環状スロット１６２に電磁結合給電を行っている。本アンテナによれば、帯域幅を狭くすることなく、無給電素子を構成する筒状金属体の内径を大きくすることが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−５５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来のアンテナを用いて２周波共用のアレイアンテナを構成した場合、環状スロットと給電線部が占める割合が大きいことから、位相調整のための余長給電線を収容することができず、位相調整を行うことが困難であるという問題がある。また、余長給電線を収容するスペースがアンテナごとに必要となることから、アレイアンテナが大型化するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、アンテナの小型化を実現すると共に位相調整を容易に行うことができる無指向性アンテナ及び無指向性アンテナアレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の無指向性アンテナは、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に形成された導電層と、前記導電層に形成され、平面視において両端がオープン形状をなし、その全長がλ／４〜λ／２であるスロットと、前記誘電体基板の他方の面に形成され、前記スロットを投影した場合に前記スロットの内側まで延出した給電路と、前記スロットを覆うように配置され、無給電素子を構成する金属環であって、その長さがλ／２以下であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の無指向性アンテナは、低周波数帯ｆＬの電磁波を放射する第１スロット及び高周波数帯ｆＨの電磁波を放射する第２スロットと、前記誘電体基板の他方の面に形成され、第１スロットを投影した場合に前記第１スロットの内側まで延出した第１給電路と、前記誘電体基板の他方の面に形成され、第２スロットを投影した場合に前記第２スロットの内側まで延出した第２給電路とを更に備え、前記金属環が、前記第１スロット及び前記第２スロットを覆うように配置され、その長さが高周波数帯ｆＨのλ／２以下である。
【００１２】
また、前記第１給電路及び前記第２給電路が、前記誘電体基板の両端部に配置される。
【００１３】
さらに、前記スロットのオープン形状が、前記金属環の開口側に配置されるのが好ましい。
【００１４】
また、前記誘電体基板は長尺状であり、前記誘電体基板の幅寸法がほぼλ／５程度であっても構成可能である。
【００１５】
さらに、前記誘電体基板に、前記給電路に沿って複数のスルーホールが形成されているのが好ましい。
【００１６】
本発明の無指向性アンテナは、前記誘電体基板の端面に設けられ、前記金属環の軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の櫛歯状係合部を更に備えている。
【００１７】
また、本発明の無指向性アレイアンテナは、上記無指向性アンテナの複数が縦列配置されて構成されている。
【００１８】
また、隣接する２つの無指向性アンテナ間において、一の無指向性アンテナにおける給電路と他の無指向性アンテナにおける給電路とがミアンダ部を介して接続される。
【００１９】
さらに、本発明の無指向性アレイアンテナでは、上記無指向性アンテナの複数が交互に縦列配置され、３周波共用アンテナを構成している。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、導電層に形成されるスロットの両端がオープン形状をなしており、その全長がλ／４〜λ／２である。そして金属環がスロットを覆うように配置され、その長さがλ／２以下である。さらに、オープン形状をなす本スロット構成により、給電路の長さを短く構成することができる。したがってアンテナの小型化を実現する事ができる。また、本発明の無指向性アンテナの複数を縦列配置してアレイアンテナを構成する場合、隣接する無指向性アンテナ間にスペースを形成できるため、位相調整のための給電路余長をミアンダ形状で配置することが可能となり、これにより位相調整を容易に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１の無指向性アンテナの平面図であり、（ａ）は導電膜側から見た図、（ｂ）はマイクロストリップ線路側から見た図、（ｃ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【図３】図２におけるマイクロストリップ線路とコの字型スロットとの位置関係を示す図である。
【図４】本発明に係る無指向性アンテナと従来の無指向性アンテナとの特性の比較を示す図であり、（ａ）は従来の無指向性（ループ型）スロットアンテナの特性、（ｂ）は本発明における無指向性（コの字型）スロットアンテナの特性を示す。
【図５】本実施形態に係る無指向性アレイアンテナの構成を概略的に示す図である。
【図６】図５の無指向性アレイアンテナの１．９ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。
【図７】図５の無指向性アレイアンテナの２．５６ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。
【図８】本発明の第２実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図９】誘電体基板にスルーホールが設けられていない無指向性アンテナとスルーホールが設けられている無指向性アンテナとの特性を比較する図である。
【図１０】図８における金属管の固定方法を説明する図であり、（ａ）は誘電体基板の平面図、（ｂ）は誘電体基板に金属管が固定された状態を示す。
【図１１】図５の無指向性アレイアンテナの変形例を示す図であり、（ａ）第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示す。
【図１２】図１の無指向性アンテナの変形例を示す図である。
【図１３】図１におけるスロットアンテナの変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【図１４】図１におけるストリップ線路の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【図１５】従来の無指向性アンテナの構成を示す斜視図である。
【図１６】従来の他の無指向性アンテナの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の第１実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す斜視図である。図２は、図１の無指向性アンテナの平面図であり、（ａ）は導電膜側から見た図、（ｂ）はマイクロストリップ線路側から見た図、（ｃ）は（ａ）の線Ａ−Ａに沿う断面図である。
【００２４】
図１に示すように、無指向性アンテナ１００は、長尺状の誘電体基板１と、誘電体基板の一方の面に形成された導電膜１２（導電層）と、該導電膜上に形成されたコの字型スロット２，３（第１及び第２スロット）と、スロット２，３を覆うように配置され、無給電素子を構成する金属管４と、誘電体基板１の他方の面に形成され、コの字型スロット２，３に電力を供給するマイクロストリップ線路５，６（第１及び第２給電路）とを備えている。
【００２５】
誘電体基板１は電気的絶縁体を構成する板状体であり、例えば、長さ１００ｍｍ、幅１９．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍである。この誘電体基板１の幅寸法は、例えばほぼλ／５となるように設計される。導電膜１２は、誘電体基板１の一方の面のほぼ全体に形成された所定厚さの膜であり、その厚さは例えば３５μｍである。
【００２６】
コの字型スロット２，３は、誘電体基板１の長手方向に縦列配置されており、２周波共用アンテナを構成している（図２（ａ））。本実施形態では、コの字型スロット２は、１．９ＧＨｚ等の低周波数帯ｆＬの電磁波を放射し、コの字型スロット３は、２．５６ＧＨｚの高周波数帯ｆＨの電磁波を放射するものである。コの字型スロット２，３の深さは導電膜１２の厚さと同一であり、導電膜１２を貫通して形成されている（図２（ｃ））。また本実施形態では、コの字型スロット２，３のオープン形状は、それぞれ金属管４の開口側に配置されている。コの字型スロット２の全長は、例えばλ／４〜λ／２、コの字型スロット３の全長も、例えばλ／４〜λ／２である。
【００２７】
金属管４は、コの字型スロット２，３のほぼ全表面を覆うように配置された断面略円形の管であり、その長さは高周波数帯ｆＨのλ／２、内径は２０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。この金属管４は、半径方向に弾性変形する可撓性部材である。この金属管４を誘電体基板１に取り付ける際には、金属管４の外周面を半径方向に押圧した状態で誘電体基板１を挿通し、当該押圧を解除することにより、誘電体基板１の所定位置に挟持される。
【００２８】
なお本実施形態では金属管４は断面略円形の管であるが、これに限るものではなく、断面略楕円形、あるいは断面略多角形の環状体であってもよい。また、金属管４は、コの字型スロット２，３の表面のほぼ全表面を覆うように配置されているが、これに限るものではなく、コの字型スロット２，３の表面の少なくとも一部を覆うように配置されてもよい。
【００２９】
マイクロストリップ線路５，６は誘電体基板１の幅方向端部に形成されている（図２（ｂ））。マイクロストリップ線路５は、誘電体基板１の内側方向に延出したＬ字型の分岐線を有しており、マイクロストリップ線路５の主線に対して直角方向に延出した第１線路５１と、第１線路５１の端部から略直角方向に延出した第２線路５２とを有している。マイクロストリップ線路６は、マイクロストリップ線路６の主線に対して直角方向に延出した第１線路６１と、第１線路６１の端部から略直角方向に延出した第２線路６２とを有している。ミアンダ部５３ａ，５３ｂは、アンテナ特性を向上させるための線路が収容されたものであり、それぞれ第２線路５２，６２の端部から所定距離を隔てて配置されている。無指向性アンテナ１００の端面には不図示の給電端子が配されており、該給電端子によりマイクロストリップ線路５、６に電力が供給されている。
【００３０】
図３は、図２におけるコの字型スロット２，３とマイクロストリップ線路５，６との各位置関係を示す投影図である。
【００３１】
図３において、スロット２は、第１線路５１と略直角に配された第１スロット部２１と、第１スロット部２１の両端から該第１スロット部に対して略直角方向に延出した第２，第３スロット部２２，２３とを有している。すなわち本実施形態では、第１スロット部２１と第１及び第２線路５１，５２とを１つの平面に投影した場合、第１スロット部２１は、第１線路５１に略平行に配置されており、且つ第２線路５２と略直角に交差するよう配置されている。
【００３２】
第１スロット部２１の長さは、例えば６ｍｍ、第２，第３スロット部２２，２３の長さは、例えば２３．８ｍｍである。第１，第２，第３スロット部２１，２２，２３の幅及び深さは同一であり、幅１ｍｍ、深さ０．０３５ｍｍである。また、第１線路５１の長さは、例えば５．１ｍｍ、第２線路５２の長さは、例えば２３．５ｍｍである。なお、スロット２及び第１及び第２線路５１，５２の寸法は例示であり、上記値に制限されるものではない。
【００３３】
スロット３は、第１線路６１と略直角に配された第１スロット部３１と、第１スロット部３１の両端からそれぞれ該第１スロット部に対して略直角方向に延出した第２，第３スロット部３２，３３とを有している。すなわち本実施形態では、第１スロット部３１と第１及び第２線路６２，６２とを１つの平面に投影した場合、第１スロット部３１は、第１線路６１に略平行に配置されており、且つ第２線路６２と略直角に交差するよう配置されている。
【００３４】
第１スロット部３１の長さは、例えば６．０ｍｍ、第２，第３スロット部３２，３３の長さは、例えば１８．６ｍｍである。第１，第２，第３スロット部３１，３２，３３の幅及び深さはほぼ同一であり、幅１ｍｍ、深さ０．０３５ｍｍである。なお、スロット３及び第１及び第２線路６１，６２の寸法は例示であり、上記値に制限されるものではない。
【００３５】
上記のように構成される無指向性アンテナ１００では、給電端子に入力された励振電力が、マイクロストリップ線路５，６を介してコの字型スロット２，３に供給され、コの字型スロット２，３が励振される。そして、コの字型スロット２，３から放射された電磁波によって金属管４の外表面に高周波電流が誘起される。
【００３６】
図４は、本発明に係る無指向性アンテナ１００と従来の無指向性アンテナとの特性の比較を示す図であり、（ａ）は従来の無指向性（ループ型）スロットアンテナの特性、（ｂ）は本発明における無指向性（コの字型）スロットアンテナの特性を示す。なお図４では、高周波数帯（２．５６ＧＨｚ）用のコの字型スロット２を例に挙げて説明する。
【００３７】
本発明者は、誘電体基板１上に形成されるスロットをコの字型の形状とした場合における給電線路及びスロットの長さについて、以下のような実験結果を得た。すなわちマイクロストリップ線路５の分岐路において、主線から第１スロット部２１と交差する位置までの長さをＬｂ、第２スロット部２２の長さをＳＹとし、所定インピーダンスを得るように形成する。一方、従来のループ型スロットで上記所定インピーダンスと同一のインピーダンスを得るように構成すると、Ｌｂ、ＳＹは共にコの字型スロットの場合より大きい値となる（図４（ａ））。
【００３８】
よって本実施形態におけるコの字型スロットでは、マイクロストリップ線路５の分岐路、特に第２スロット部２２と平行な部分の長さと、第２スロット部２２との長さとを共にループ型スロットの場合より小さい値とすることができる。この結果、無指向性スロットアンテナ１００の長手方向寸法を、ループ型スロットと比較して大幅に小さくすることが可能となっている。また、無指向性スロットアンテナ１００の長手方向端部に十分なスペースを確保することが可能となるため、位相調整のための給電線路、すなわちミアンダ部５３ａ，５３ｂを当該スペースに配置することが可能となっている。
【００３９】
図５は、本実施形態に係る無指向性アレイアンテナの構成を概略的に示す図である。
【００４０】
図５の無指向性アレイアンテナは、図１の無指向性アンテナ１００を長手方向に縦列配置したものである。例えば、無指向性アレイアンテナは、図１の無指向性アンテナ１００が１０個使用された構成となっており、その長さは８６０ｍｍである。なお、無指向性アレイアンテナの長さは例示であり、上記値に制限されるものではない。
【００４１】
本無指向性アレイアンテナでは、一の無指向性アンテナ１００におけるコの字型スロット２（高周波数帯用）と、隣接する他の無指向性アンテナ１００におけるコの字型スロット３（低周波数帯用）とが対向して配置されている。そして、一の無指向性アンテナ１００における金属管４と、隣接する他の無指向性アンテナ１００における金属管４とが所定間隔で配置されている。また、一の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５，６は、それぞれ隣接する他の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５，６と電気的に接続されており、本アレイアンテナの端部に設けられた不図示の給電端子から電力が供給される。一の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５と他の無指向性アンテナ１００におけるマイクロストリップ線路５とは、位相調整を行うためのミアンダ部５３を介して接続されている。
【００４２】
ここで、アレイアンテナの長手方向寸法に制限があるという条件で２周波共用アンテナを作製する際には、周波数ごとに無指向性アンテナを作製すると長くなってしまうため、２つの周波数素子を交互に配置して小型化を図っている。このとき、素子間隔の最小値は、金属管４の長さで決定され、最大値は、グレーティングローブと呼ばれる不要波の発生を回避するべく高周波数側の波長によって決定される。よって周波数の組合せによっては、上記最大値と最小値の間の素子間隔では無指向性アンテナが収まらない場合がある。
【００４３】
本実施形態における無指向性アンテナでは、コの字型スロットの全長が、従来のループ型無指向性アンテナの全長（λ）の約半分であるため、１つの金属管内に２つのスロットを配置して、１つの金属管が２周波で共振できる構成となっている。これにより、無指向性アレイアンテナではアンテナを構成するスペースを小さくすることができ、素子間隔の選択肢の幅を拡げることが可能となっている。
【００４４】
図６は、図５の無指向性アレイアンテナの１．９ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。また、図７は、同アンテナの２．５６ＧＨｚ帯の特性を示す図であり、（ａ）は垂直面内利得、（ｂ）は水平面内指向特性を示す。なお図６及び図７では、本実施形態に係る無指向性アレイアンテナとして、高周波数帯用のスロット２を１５個、低周波数帯用のスロット３を２０個使用した無指向性アレイアンテナの特性を示している。
【００４５】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直面内利得については、１．８８ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ、１．９２ＧＨｚのいずれの周波数においても、ほぼ全ての角度θで高い利得を示しており、特にθ＝−１５０°〜−３０°及び３０°〜１５０°で利得がほぼ−２０〜−０ｄＢである。また、水平面内指向性については、１．８８ＧＨｚ、１．９ＧＨｚ、１．９２ＧＨｚのいずれの周波数においてもほぼ無指向である。
【００４６】
また、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、垂直面内利得については、２．５４ＧＨｚ、２．５６ＧＨｚ、２．５８ＧＨｚのいずれの周波数においても、ほぼ全ての角度θで高い利得を示しており、特にθ＝−１５０°〜−３０°及び３０°〜１５０°で利得がほぼ−２０〜−０ｄＢである。また、水平面内指向性については、２．５４ＧＨｚ、２．５６ＧＨｚ、２．５８ＧＨｚのいずれの周波数においてもほぼ無指向である。よって、本実施形態の無指向性アレイアンテナでは、高周波数帯ｆＨ及び低周波数帯ｆＬの双方で、垂直面内利得及び水平面内無指向性がよいことが分かる。
【００４７】
上述したように、本実施形態によれば、導電膜１２に形成されるスロット２，３がコの字型であり、各全長がλ／４〜λ／２である。そして金属管４がスロットを覆うように配置され、その長さがλ／２以下である。さらに、オープン形状をなす本スロット構成により、マイクロストリップ線路５，６の各分岐路の長さを短く構成することができる。すなわち１つの金属管４内に２つのスロット２，３を配置して、１つの金属管４が２周波で共振できる構成となっている。これによりアンテナを構成するスペースを小さくすることができ、無指向性アンテナの小型化を実現することができる。また、無指向性アンテナ１００の複数を縦列配置して無指向性アレイアンテナを構成する場合、隣接する無指向性アンテナ間にスペースを形成できるため、位相調整のためのミアンダ部５３ａ，５３ｂを当該スペースに配置することが可能となり、これにより位相調整を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
図８は、本発明の第２実施形態に係る無指向性アンテナの構成を概略的に示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。本第２実施形態に係る無指向性アンテナは、第１実施形態に係る無指向性アンテナにスルーホールを設けた構成となっている。なお、他の構成は、図１の無指向性アンテナと基本的に同一であるので、その説明を省略し、異なる部分を説明する。
【００４９】
図８において、無指向性アンテナ２００において、誘電体基板１には、マイクロストリップ線路５に沿って、該マイクロストリップ線路５の両側にスルーホール７１が列設されている。そして、スルーホール７１内には、導電膜１２と一体成形された半田等の導電体７２が充填されている。そして、マイクロストリップ線路５側では、隣接する導電体７２が電極パターン２０１により電気的に接続されている。すなわちマイクロストリップ線路５側では、マイクロストリップ線路５の両側に、該マイクロストリップ線路と平行となるように２列のパターン配線２０１が形成されている。マイクロストリップ線路６の両側にも同様にスルーホールが形成されており、その構成は基本的にスルーホール７１と同様であるのでその説明を省略する。
【００５０】
尚、本実施形態では、半田等の導電性材料からなる導電体７２がスルーホール７１内に充填されているが、これに限るものではなく、導電膜がスルーホール７１の内周面に形成されていてもよい。
【００５１】
図９は、誘電体基板にスルーホールが設けられていない無指向性アンテナとスルーホールが設けられている無指向性アンテナとの特性を比較する図である。
【００５２】
スルーホールが形成されていない無指向性アンテナでは、１．９ＧＨｚ帯でほぼ無指向となっている。一方、スルーホールが形成されている無指向性アンテナでは、１．９ＧＨｚ帯でほぼ無指向であるのに加えて、２．５６ＧＨｚ帯における無指向性が改善されている。よって、無指向性アンテナ或いは無指向性アレイアンテナにおいてスルーホールを設けることにより、２周波の無指向性を更に向上することが可能となる。
【００５３】
図１０は、図８における金属管４の固定方法を説明する図であり、（ａ）は誘電体基板１の平面図、（ｂ）は誘電体基板１に金属管が固定された状態を示す。
【００５４】
図１０に示すように、無指向性アンテナ３００は、誘電体基板１の幅方向における両側面に設けられ、金属管４の一方の端面と係合する係合部３１３，３１５と、金属管４の他方の端面と係合する係合部３１４，３１６とを備えている。係合部３１３，３１４は、誘電体基板１の幅方向における一方の端面に形成されて、互いに協働して金属管４を所定位置に固定する。また、係合部３１５，３１６は、誘電体基板１の幅方向における一方の端面に形成されて、互いに協働して金属管４を所定位置に固定する。
【００５５】
本実施形態では、係合部３１３，３１４，３１５，３１６は櫛歯型形状を有している。これにより金属管４の固定位置を変更したい場合や金属管４の長さが変更された場合であっても、金属管４を誘電体基板１に確実に固定することが可能となっている。
【００５６】
そして、金属管４が誘電体基板１に固定された状態では、無指向性アンテナ３００の平面視において、一部が金属管４の端面から突出した状態でコの字型スロット２が金属管４内に収容され、コの字型スロット３の全部が金属管４内に収容される。
【００５７】
なお本実施形態では、無指向性アンテナ１００の平面視においてコの字型スロット２の端部が金属管４の端面から突出するように配置されているが、これに限るものではない。無指向性アンテナ１００の平面視において、コの字型スロット２の全部及びコの字型スロット３の全部が金属管４内に収容されてもよい。
【００５８】
また、本実施形態では係合部３１３，３１４が誘電体基板１の幅方向における一方の端面に形成され、さらに係合部３１５，３１６が誘電体基板１の幅方向における他方の端面に形成されているが、これに限るものではない。誘電体基板１の幅方向におけるいずれか一方の端面に、金属管４の軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の係合部が形成されていてもよい。
【００５９】
図１１は、図５の無指向性アレイアンテナの変形例を示す図であり、（ａ）第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示す。
【００６０】
図１１（ａ）において、無指向性アレイアンテナ４００は、無指向性アンテナ１００に加えて、他の周波数帯、例えば９００ＭＨｚ帯用のコの字型スロット４０１を備えている。コの字型スロット４０１は、コの字型スロット２，３に縦列配置されており、その開口側がコの字型スロット３の開口側と対向するように形成されている。このとき、スロット４０１の全長はスロット２の全長のほぼ２倍であり、金属管４の長さもスロット４０１の全長に応じて大きい値となる。これにより、小型の３周波共用無指向性アンテナを構成することができる。
【００６１】
また図５の無指向性アレイアンテナでは、２周波共用の無指向性アンテナであるが、これに限るものではなく、図１１（ｂ）に示すように、高周波数用スロット５０１を有する１周波用の無指向性アンテナ５００を複数配置した無指向性アレイアンテナであってもよい。この場合、金属管４の長さは、例えばλ／２以下となるように設計される。
【００６２】
また、図５の無指向性アレイアンテナでは、隣接する２つの金属管４が一定の間隔で配置されているが、図１１（ｃ）に示すように、隣接する２つの金属管４が異なる間隔（ａ≠ｂ）で配置されていてもよい。
【００６３】
図１２は、図１の無指向性アンテナの変形例を示す図である。
【００６４】
図１２において、無指向性アンテナ６００のコの字型スロット６０２，６０３は、誘電体基板１の幅方向に並べて配置されており、且つ、それぞれ金属管６０４の一方の開口側に向かって開口するように配置されている。そして、コの字型スロット６０２には、マイクロストリップ線路６０５から電力が供給され、コの字型スロット６０３には、マイクロストリップ線路６０６から電力が供給されている。
【００６５】
図１３は、図１におけるスロット２，３の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【００６６】
図１におけるスロット２，３は略コの字型であるが、これに限らず、例えば図１３（ａ）に示すように略へら型であってもよいし、図１３（ｂ）に示すように略Ｕ字型であってもよい。すなわち本実施形態の各スロットでは、平面視においてスロットの両端がオープン形状をなしていればよく、このオープン形状とは、環状スロットの一箇所が開放されることで形成されるスロットの両端の形状である。
【００６７】
図１４は、図１におけるマイクロストリップ線路５の変形例を示す図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例を示す。
【００６８】
図１におけるマイクロストリップ線路５は略Ｌ字型の分岐路を有しているが、これに限るものではない。マイクロストリップ線路９０６は、マイクロストリップ線路５の主線から内側に向かって略直角に延出する第１線路９１５のみを有していてもよい。この場合、第３スロット部２３と第１線路９１５とを１つの平面に投影した場合、第３スロット部２３は、第１線路９１５と略直角に交差するよう配置されている。これによりマイクロストリップ線路９０６を簡便な構成とすることができる。
【００６９】
また、マイクロストリップ線路９０６は、マイクロストリップ線路５の主線から内側に向かって仰角略４５°に延出する第１線路９１６のみを有していてもよい。この場合、第３スロット部２３と第１線路９１６とを１つの平面に投影した場合、第３スロット部２３は、第１線路９１６と略４５°で交差するよう配置されている。これによりマイクロストリップ線路９０６の構成に自由度を持たせることができる。
【００７０】
また、本実施形態は、本発明に係る無指向性アンテナ及び無指向性アレイアンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における無指向性アンテナ及び無指向性アレイアンテナの細部構成に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 誘電体基板
２，３コの字型スロット
４ 金属管
５，６ マイクロストリップ線路
１２ 導電膜
２１，３１ 第１スロット部
２２，３２ 第２スロット部
２３，３３ 第３スロット部
５１，６１ 第１線路
５２，６２ 第２線路
５３ａ，５３ｂ ミアンダ部
７１ スルーホール
１００ 無指向性アンテナ
３１３，３１４，３１５，３１６ 係合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に形成された導電層と、
前記導電層に形成され、平面視において両端がオープン形状をなし、その全長がλ／４〜λ／２であるスロットと、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、前記スロットを投影した場合に前記スロットの内側まで延出した給電路と、
前記スロットを覆うように配置され、無給電素子を構成する金属環であって、その長さがλ／２以下であることを特徴とする無指向性アンテナ。
【請求項２】
低周波数帯ｆＬの電磁波を放射する第１スロット及び高周波数帯ｆＨの電磁波を放射する第２スロットと、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、第１スロットを投影した場合に前記第１スロットの内側まで延出した第１給電路と、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、第２スロットを投影した場合に前記第２スロットの内側まで延出した第２給電路と、を更に備え、
前記金属環は、前記第１スロット及び前記第２スロットを覆うように配置され、その長さが高周波数帯ｆＨのλ／２以下であることを特徴とする請求項１記載の無指向性アンテナ。
【請求項３】
前記第１給電路及び前記第２給電路が、前記誘電体基板の両端部に配置されることを特徴とする請求項２記載の無指向性アンテナ。
【請求項４】
前記スロットのオープン形状が、前記金属環の開口側に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項５】
前記誘電体基板は長尺状であり、前記誘電体基板の幅寸法がほぼλ／５であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項６】
前記誘電体基板に、前記給電路に沿って複数のスルーホールが形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項７】
前記誘電体基板の端面に設けられ、前記金属環の軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の櫛歯状係合部を更に備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項８】
請求項１記載の無指向性アンテナの複数、又は請求項２記載の無指向性アンテナの複数が縦列配置されて構成される無指向性アレイアンテナ。
【請求項９】
隣接する２つの無指向性アンテナ間において、一の無指向性アンテナにおける給電路と他の無指向性アンテナにおける給電路とがミアンダ部を介して接続されることを特徴とする請求項８記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項１０】
請求項１記載の無指向性アンテナと請求項２記載の無指向性アンテナとが交互に縦列配置され、３周波共用アンテナを構成する請求項８又は９記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に形成された導電層と、
前記導電層に形成され、平面視において両端がオープン形状をなし、その全長がλ／４〜λ／２であるスロットと、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、前記スロットを投影した場合に前記スロットの内側まで延出した給電路と、
前記スロットを覆うように配置され、無給電素子を構成する金属環であって、その長さがλ／２以下であることを特徴とする無指向性アンテナ。
【請求項２】
低周波数帯ｆＬの電磁波を放射する第１スロット及び高周波数帯ｆＨの電磁波を放射する第２スロットと、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、第１スロットを投影した場合に前記第１スロットの内側まで延出した第１給電路と、
前記誘電体基板の他方の面に形成され、第２スロットを投影した場合に前記第２スロットの内側まで延出した第２給電路と、を更に備え、
前記金属環は、前記第１スロット及び前記第２スロットを覆うように配置され、その長さが高周波数帯ｆＨのλ／２以下であることを特徴とする請求項１記載の無指向性アンテナ。
【請求項３】
前記第１給電路及び前記第２給電路が、前記誘電体基板の両端部に配置されることを特徴とする請求項２記載の無指向性アンテナ。
【請求項４】
前記スロットのオープン形状が、前記金属環の開口側に配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項５】
前記誘電体基板は長尺状であり、前記誘電体基板の幅寸法がほぼλ／５であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項６】
前記誘電体基板に、前記給電路に沿って複数のスルーホールが形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項７】
前記誘電体基板の端面に設けられ、前記金属環の軸方向両端部とそれぞれ係合する一対の櫛歯状係合部を更に備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の無指向性アンテナ。
【請求項８】
請求項１記載の無指向性アンテナの複数、又は請求項２記載の無指向性アンテナの複数が縦列配置されて構成される無指向性アレイアンテナ。
【請求項９】
隣接する２つの無指向性アンテナ間において、一の無指向性アンテナにおける給電路と他の無指向性アンテナにおける給電路とがミアンダ部を介して接続されることを特徴とする請求項８記載の無指向性アレイアンテナ。
【請求項１０】
請求項１記載の無指向性アンテナと請求項２記載の無指向性アンテナとが交互に縦列配置され、３周波共用アンテナを構成する請求項８又は９記載の無指向性アレイアンテナ。
【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】
【公開番号】特開２０１３−２１５６２（Ｐ２０１３−２１５６２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４１９３（Ｐ２０１１−１５４１９３）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（５０５０３５９５４）古河Ｃ＆Ｂ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【出願人】（５０５０３５９５４）古河Ｃ＆Ｂ株式会社 (7)
【Ｆターム（参考）】
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