JP2002330024A - スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低価格にして調整不要であり、広帯域特性を実
現することができるスロットアンテナを提供する。 【解決手段】 両面プリント基板と導体板とが使用波長
の１／４の間隔を保つように支持体に支持されている。
両面プリント基板の一方の表面上には少なくとも一つの
スロットアンテナ又はスロットアレイアンテナを形成す
る複数の並行配置スリットが形成されており、両面プリ
ント基板の導体板と対向している他方の表面上には複数
の並行配置スリットのうちの所望のスリットが給電スリ
ットとなり残余のスリットが無給電スリットとなるよう
に給電するためのマイクロストリップラインが形成され
いる。両面プリント基板の一方の表面方向に放射した放
射電波及び入射した入射電波は、導体板で反射された反
射波と、給電スリットの位置で同位相の相互増強がなさ
れるとともに、無給電スリットの位置で共振再放射され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は指向性をもつスロッ
トアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、単方向の指向性をもつアンテナと
して八木アンテナが用いられる。八木アンテナはダイポ
ールアンテナを基本アンテナとし、これに導体棒状の反
射器と導波器をある決められた長さに配置したものであ
る。このアンテナは、給電系が一つでもよいことや導波
器を増やせばそれだけ利点があり、比較的低コストで高
利得のアンテナを制作することができる。

【０００３】数ＧＨｚ以上の高周波での単方向の指向性
をもつアンテナとしては、マイクロストリップアンテナ
がよく用いられる。マイクロストリップアンテナは、プ
リント基板をエッチングして作成することができるので
高い加工精度も実現が容易であり、また調整も不要なの
で高周波領域では最も多く用いられている。プリント基
板の片面はグランド板で良いため、マイクロストリップ
ラインによる給電が可能であり、アレイ化もし易く、高
利得のアンテナにも適している。

【０００４】スロットアンテナは、グランド面にほぼ１
／２波長の長さのスリット（空隙）を設け、更にストリ
ップライン、あるいは同軸ケーブルで給電することによ
り、アンテナとして共振させるものである。スロットア
ンテナにはある程度の大きさのグランド面が存在するた
め、マイクロストリップラインを構成することができ、
これを用いて給電すれば、調整不要のアンテナを作成す
ることができる。さらに、マイクロストリップアンテナ
の場合と同様にアレイ化もし易い。しかしながら、スロ
ットアンテナは単方向性のマイクロストリップアンテナ
と違い、双方向性である。双方向性とは、スロットアン
テナを水平に置いたとき、電波が上方と下方の両方向に
ほぼ同じだけ放射されることを言う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】八木アンテナが使用さ
れるのは数ＧＨｚまでであり、それ以上は用いられな
い。それは波長が短くなるため八木アンテナの基本アン
テナであるダイポールアンテナが加工精度の面で作りに
くくなり、導波器，反射器の間隔などの調整工数も増え
る可能性が高いからである。１０ＧＨｚ以上の高周波で
のモノポール型八木アンテナの例もあるが、特別な製造
技術が必要であり、通常の製造技術で作ることは不可能
である。

【０００６】マイクロストリップアンテナの帯域はその
基板の厚さに依存する。マイクロストリップアンテナの
使用可能帯域を広くするには、使用周波数に対して基板
をある程度厚くする必要がある。そのため波長に対し
て、プリント基板の厚さが比較的薄いアンテナは、周波
数領域が狭くなり実用的ではない。特に数ＧＨｚ帯にお
いては、高価な高周波特性の良い基板を用いる必要があ
り、基板を厚くすることは直接アンテナ価格の上昇を意
味する。また、この周波数領域下では、通常用いられて
いる（０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ）の厚さの基板では周波
数に対して基板が充分厚いとはいえず、高帯域のアンテ
ナを作成するのが難しい。このように八木アンテナを用
いてもマイクロストリップアンテナを用いても、数ＧＨ
ｚの帯域においては、単方向の指向性アンテナを作成す
ることが困難であるという問題点があった。

【０００７】一方、スロットアンテナは使用周波数帯域
も広く、マイクロストリップアンテナと同様にプリント
基板を用いて精度良く作成することができる。使用周波
数帯域という点でマイクロストリップアンテナより優れ
た広帯域特性を持つが、双方向性であるため利得の点で
やや不利であった。また、双方向性のため、単方向で使
用する場合には必要でない方向に強い電磁放射があり、
それが電磁ノイズとなる可能性があった。

【０００８】本発明の目的は、低価格にして調整不要で
あり、広帯域特性を実現することができるスロットアン
テナを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明によるスロットアンテナは、両面プリント基
板と、導体板と、該両面プリント基板と該導体板とが使
用波長の１／４の間隔を保つように配置された支持体と
を備え、該両面プリント基板の一方の表面上には少なく
とも一つのスロットアンテナ又はスロットアレイアンテ
ナを形成する複数の並行配置スリットが形成されてお
り、前記両面プリント基板の前記導体板と対向している
他方の表面上には前記複数の並行配置スリットのうちの
所望のスリットが給電スリットとなり残余のスリットが
無給電スリットとなるように該複数の並行配置スリット
を給電するためのマイクロストリップラインが形成され
ており、前記スロットアンテナ又はスロットアレイアン
テナから前記両面プリント基板の一方の表面方向に放射
した放射電波は、該スロットアンテナ又はスロットアレ
イアンテナから前記導体板方向に放射されて該導体板で
反射された反射波と、前記給電スリットの位置で同位相
の相互増強がなされるとともに、前記無給電スリットの
位置で共振再放射され、両面プリント基板の一方の表面
方向から前記給電スリットを介して前記スロットアンテ
ナ又はスロットアレイアンテナに入射する入射電波は、
該給電スリットからさらに前記導体板方向に進行して該
導体板で反射された反射波と、該スロットアンテナ又は
スロットアレイアンテナの位置で同位相の相互増強がな
されるとともに、前記無給電スリットの位置で共振再放
射されるように構成されている。また、前記支持体は導
電材料により構成され、前記両面プリント基板に裏表面
の導体層と前記導体板とは、該導電材料による当該支持
体により導電接続されていることを特徴とする構成とす
ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】（実施例）図１の本発明の一実施
例を示す。以下、図面を参照して説明する。１は、高周
波用の両面プリント基板である。厚さは、通常よく用い
られる０．６ｍｍや０．８ｍｍのものでよい。両面プリ
ント基板１の上面は、全体が銅等の良導体よりなる一つ
のグランド板になっており、そこにスリット２とスリッ
ト５が設けられている。スリット２とスリット５は、こ
のグランド板に設けられた空隙であり、その構造寸法等
については、以下に詳しく説明する。両面プリント基板
１の下面には給電するためのマイクロストリップライン
３が設けられている。両面プリント基板１の上面は全体
がグランド板であるため、下面のマイクロストリップラ
イン３は、通常のマイクロストリップラインの手法を適
用することができる。ここでは、給電点８からのエネル
ギを特性インピーダンス５０オームのマイクロストリッ
プラインに供給し、それを１／４波長変成器を用いたデ
バイダで分配し、更に特性インピーダンス５０オームの
マイクロストリップラインに供給している。このように
給電点８から給電されたエネルギは４つに分配されて、
各アンテナ素子に給電されている。

【００１１】２は上記のスリットであるが、これがスロ
ットアンテナを構成している。スロットアンテナはこの
ように、ストリップラインで供給されることが多く、４
はストリップラインとグランド板を短絡するスルーホー
ルである。スロットアンテナは長さが約１／２波長のと
きに共振するアンテナで給電点がスロットアンテナの中
心から少しずれているのは５０オームでアンテナに給電
するためである。ここでは４つのスロットアンテナから
構成された４素子のスロットアレイを示す。７は導体板
であり、スロットアンテナから約１／４波長の位置に配
置されている。６は両面プリント基板１に導体板７を支
持するための支持棒である。この支持棒６は導体でなく
ても良いが、導体にして、グランド板と導体板７を短絡
するようにしても良い。このようにすると、グランド板
が比較的小さい場合でもアンテナが安定した特性を示
す。前記のスリット５はスロットアンテナ２と全く同じ
大きさの無給電スリットである。この実施例では無給電
スリット５はスロットアンテナの間に１つずつ計３つ配
置されている。

【００１２】次に本発明のアンテナをシミュレーション
した結果を表１に示す。シミュレーションは電磁界シミ
ュレータを用いた。

【００１３】

【表１】

【００１４】アンテナ構成において、４素子アレイアン
テナは図２で構成されたアンテナで、図１のアンテナ
との違いは、導体板と無給電スリットがない事である。
これが従来の双方向のスロットアレイアンテナになる。
絶対利得はこのアンテナの利得（リニアな電力値）を基
準として示す。

【００１５】次の４素子アレイアンテナは図３で構成
されたアンテナで図２のアンテナに導体板７を付加した
もので、４素子アレイアンテナに対する利得が１．３
９倍に上昇し、更に双方向性が単方向性になる。導体板
を付加した事による利得の上昇は、実験でも確かめられ
ている。この理由として、スロットアンテナ２から下方
に放射された電波は導体板７で反射し再びスロットアン
テナに入射する。このとき、導体板７の距離が１／４波
長ならば、再入射した電波の位相が放射する電波の位相
と同相になり、放射電波を強め合う働きによるものであ
る。

【００１６】また、４素子アレイアンテナは図１のア
ンテナである。図１の本発明のアンテナと図３のアンテ
ナの違いは、無給電スリット５が付加されていることで
ある。図１のアンテナの利得は図２のアンテナ利得の
１．６０倍になり、図３のアンテナの利得に比べて増え
ている。無給電スリット５を付加した事による利得の上
昇は、実験でも確かめられている。これは無給電スリッ
ト５からも電波が放射しているためである。その説明は
次のようにすることができる。スロットアンテナ２から
下方に放射されたアンテナ出力電波は導体板７で反射し
無給電スリット５に入射する。このとき、導体板７の距
離が１／４波長ならば、無給電スリット５に入射した電
波の位相がスロットアンテナ２に給電されるエネルギの
位相とほぼ同相になり、無給電スロット５から再放射さ
れた電波は、スロットアンテナ２から放射される電波と
強め合う。

【００１７】次に４素子アレイアンテナ，４素子アレ
イアンテナの指向性実測データをそれぞれ図４，図５
に示す。ここでは絶対利得はリニア値でなくデシベル値
（ｄＢｉ）になっている。図４の指向性実測データは、
図２の座標系（極座標）に置いてψ＝０と固定したとき
の変数θに対するＥθの値である。以前説明したように
指向性が双方向性になっている。これが従来技術による
スロットアレイアンテナである。

【００１８】図５の指向性実測データも全く同様に、図
１の座標系（極座標）に置いてψ＝０と固定したときの
変数θに対するＥθの値である。これが本発明のスロッ
トアレイアンテナである。値に多少の「ずれ」は見られ
るもののほぼシミュレーションの結果通り、利得の増加
が認められる。これらの結果より、放射導体を付加する
ことにより、双方向の指向性が単方向の指向性になるこ
とも確かめられた。

【００１９】図６に本発明の第２の実施例を示す。図６
のアンテナと図１の本発明の第１の実施例との違いは、
無給電スリットの数にある。第２の実施例では無給電ス
リットの数を６個にした。図６の本発明の第２の実施例
のシミュレーション結果は、表１の４素子アレイアンテ
ナに示す。

【００２０】表１より本発明の第２の実施例の絶対利得
は図２のアンテナの利得の１．７１倍である。無給電ス
リットを６個に増やしたときの方が３個のときよりも更
に利得が増加している。このように無給電スリットの数
に制限はない。しかしながら、無給電スリットを更に増
やすと利得が低下することがシミュレーションにより確
かめられており、そのアンテナ系における無給電スリッ
トの数には最適値が存在する。

【００２１】本実施例ではスロットを直線上に並べたリ
ニアスロットアレイアンテナについて述べたが、本発明
はリニアスロットアレイアンテナに限るものではない。
またアレイアンテナのアンテナ素子数も４の場合につい
て述べたが、素子数にも制限はない。特に素子数が１で
ある場合にも、これはアレイアンテナではないが、この
場合でも本発明は有効である。

【００２２】また、本発明の実施例では無給電スリット
の大きさをスロットアンテナと全く同じ大きさにした
が、無給電スリットが給電している周波数に共振すれば
よいので多少大きさが異なっても効果は認められる。例
えば、無給電スリットの幅と長さの和を１０％程度大き
くしても効果の得られる場合がある。

【００２３】以上のように、本発明によるスロットアン
テナは、両面プリント基板１と、導体板７と、両面プリ
ント基板１と導体板７とが使用波長の１／４の間隔を保
つように配置された支持体６とを備え、両面プリント基
板１の一方の表面上には少なくとも一つのスロットアン
テナ又はスロットアレイアンテナを形成する複数の並行
配置スリット２，５が形成されており、両面プリント基
板１の導体板７と対向している他方の表面上には複数の
並行配置スリット２，５のうちの所望のスリットが給電
スリット２となり残余のスリットが無給電スリット５と
なるように複数の並行配置スリット２，５を給電するた
めのマイクロストリップライン３が形成されており、ス
ロットアンテナ又はスロットアレイアンテナから両面プ
リント基板１の一方の表面方向に放射した放射電波は、
スロットアンテナ又はスロットアレイアンテナから導体
板７の方向に放射されて導体板で反射された反射波と、
給電スリット２の位置で同位相の相互増強がなされると
ともに、無給電スリット５の位置で共振再放射され、両
面プリント基板１の一方の表面方向から給電スリット２
を介してスロットアンテナ又はスロットアレイアンテナ
に入射する入射電波は、給電スリット２からさらに導体
板７ａ方向に進行して導体板７で反射された反射波と、
スロットアンテナ又はスロットアレイアンテナの位置で
同位相の相互増強がなされるとともに、無給電スリット
５の位置で共振再放射されるように構成されたスロット
アンテナである。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明では
単方向性のスロットアンテナを実現し、従来からの比較
的利得の低いというスロットアンテナの弱点を補正して
いる。本発明のスロットアンテナはマイクロストリップ
アンテナと同様、調整が不要でアレイ化に適し、しかも
ある帯域に置いては帯域がマイクロストリップアンテナ
より広い。また、本発明のアンテナの利得が従来のスロ
ットアンテナよりも高い利得をもつことをシミュレーシ
ョンと実測データによって明らかにした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す斜視図である。

【図２】本発明によるスロットアンテナの効果を示すた
めのシミュレーションに用いた第一の比較例である４素
子アレイアンテナの構成を示す斜視図である。

【図３】本発明によるスロットアンテナの効果を示すた
めのシミュレーションに用いた第二の比較例である４素
子アレイアンテナの構成を示す斜視図である。

【図４】本発明によるスロットアンテナの効果を示すた
めのシミュレーションによる第一の比較例である４素子
アレイアンテナのアンテナ指向特性図である。

【図５】本発明によるスロットアンテナの効果を示すた
めのシミュレーションによるアンテナ指向特性図であ
る。

【図６】本発明の第二の実施例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 両面プリント基板 ２ スロットアレイアンテナ ３ マイクロトリップライン ４ スルーホール ５ スリット ６ 支持棒 ７ 導体板 ８ 給電点

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面プリント基板と、導体板と、該両面
   プリント基板と該導体板とが使用波長の１／４の間隔を
   保つように配置された支持体とを備え、 該両面プリント基板の一方の表面上には少なくとも一つ
   のスロットアンテナ又はスロットアレイアンテナを形成
   する複数の並行配置スリットが形成されており、前記両
   面プリント基板の前記導体板と対向している他方の表面
   上には前記複数の並行配置スリットのうちの所望のスリ
   ットが給電スリットとなり残余のスリットが無給電スリ
   ットとなるように該複数の並行配置スリットを給電する
   ためのマイクロストリップラインが形成されており、 前記スロットアンテナ又はスロットアレイアンテナから
   前記両面プリント基板の一方の表面方向に放射した放射
   電波は、該スロットアンテナ又はスロットアレイアンテ
   ナから前記導体板方向に放射されて該導体板で反射され
   た反射波と、前記給電スリットの位置で同位相の相互増
   強がなされるとともに、前記無給電スリットの位置で共
   振再放射され、 両面プリント基板の一方の表面方向から前記給電スリッ
   トを介して前記スロットアンテナ又はスロットアレイア
   ンテナに入射する入射電波は、該給電スリットからさら
   に前記導体板方向に進行して該導体板で反射された反射
   波と、該スロットアンテナ又はスロットアレイアンテナ
   の位置で同位相の相互増強がなされるとともに、前記無
   給電スリットの位置で共振再放射されるように構成され
   たスロットアンテナ。
2. 【請求項２】 前記支持体は導電材料により構成され、
   前記両面プリント基板に他方の表面の導体層と前記導体
   板とは、該導電材料による当該支持体により導電接続さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のスロットア
   ンテナ。