JP2010154077A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定的で取替可能な涙滴形素子の構造を有するアンテナ装置を提供する。
【解決手段】円錐形部の底面側と球面部とが接するよう幾何学的に組み合わされた形状の涙滴形素子と、涙滴形素子における円錐形部の頂点と対向して配置された地板と、内側導体が涙滴形素子における円錐形部の頂点に接続されると共に、外側導体が地板に接続される同軸線路を有するアンテナ装置であって、地板は、前記アンテナ装置に接続される受信又は送信機能を有する装置の金属からなる筐体の一面であることを特徴とするアンテナ装置を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電波を受信又は送信機能を有する装置に用いられるアンテナ装置に関する。

近年、レーダー測位や大伝送容量の通信が可能であることからＵＷＢ（ultra-wide band）を利用した無線通信技術が注目されている。ＵＷＢは、２００２年に米国ＦＣＣ（federal communication commission）により周波数帯域が３．１〜１０．６ＧＨｚでの使用が認可された。

ＵＷＢは、パルス信号を広い帯域の周波数で発信して通信を行う。このため、ＵＷＢに用いられるアンテナには広帯域で受信が可能な構造が求められている。

特許文献１及び非特許文献１には、少なくともＦＣＣで認可された３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯域での使用を目的としたアンテナとして、地板と給電体から構成されたアンテナが開示されている。

図１は従来のアンテナの一例の構成図、図２は従来のアンテナ装置の一例のブロック構成図を示す。

図１（ａ）に示すアンテナ１０は地板１１上に、円錐を反転させた形状の給電体１２を配置した構成のものである。

なお、給電体１２を構成する円錐は、その側面が地板１１の表面に対して角度θとなるように設定されている。この角度θによって所望の特性が得られる。

図１（ｂ）に示すアンテナ２０は地板１１上に、円錐体２２ａとそれに内接する球体２２ｂとから構成される涙滴状の給電体２２を配置した構成である。

このとき、アンテナ１０、２０の給電体１２は、図２に示すようにフィルタ３１に接続されている。フィルタ３１は、給電体１２で受信した電波のうち、所望の周波数帯域の成分を抽出する。フィルタ３１で抽出された成分は、送受信ユニット３２に供給される。送受信ユニット３２は、受信電波の前処理或いは後処理となる信号処理を行う。
特開２００４−１２９２０９号公報 ２００３年 電子情報通信学会 B-1-133 FCC認可UWB周波数帯の水平面内無指向性・低VSWRアンテナ、谷口琢也・小林岳彦（東京電機大）（３月22日発表 B201教室）

しかしながら、このような涙滴状の給電体が地板に接続された構造のものは、移動や横転等により、電波の受送信状体が変わり、電波による通信ができなくなる場合があり、通信の安定性という観点から問題を有していた。

更に、受送信装置とアンテナ装置との間を接続するためのケーブルも必要となりコスト上昇の原因となっていた。

また、地板に涙滴状の給電体が設置された構成のものでは、地板上に突起状のものが設けられた構造になることから、涙滴状の給電体に圧力が加わることにより地板の形状が変形し、涙滴状の給電体と地板との位置関係が変わり、最適な状態での電波の受送信ができなくなるという問題も有していた。

更には、使用される周波数帯域に応じて、この涙滴状の給電体を取り替えたいという要求も存在している。

本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、低コストで、安定的に電波の受送信を行うことができ、また、使用される周波数帯域に応じて取り替え可能なアンテナ装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、円錐形部の底面側と球面部とが接するよう幾何学的に組み合わされた形状の涙滴形素子と、前記涙滴形素子における円錐形部の頂点と対向して配置された地板と、内側導体が前記涙滴形素子における円錐形部の頂点に接続されると共に、外側導体が前記地板に接続される同軸線路を有するアンテナ装置であって、前記地板は、前記アンテナ装置に接続される受信又は送信機能を有する装置の金属からなる筐体の一面であることを特徴とする。

また、本発明は、円錐形部の底面側と球面部とが接するよう幾何学的に組み合わされた形状の涙滴形素子と、前記涙滴形素子における円錐形部の頂点と対向して配置された地板と、内側導体が前記涙滴形素子における円錐形部の頂点に接続されると共に、外側導体が前記地板に接続される同軸線路を有するアンテナ装置であって、前記地板は、前記アンテナ装置に接続される受信又は送信機能を有する装置の筐体の一面の表面上又は、前記筐体内部に設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記地板は接地されていることを特徴とする。

また、本発明は、前記涙滴形素子の全体を覆う樹脂材料からなる樹脂カバーが設けられていることを特徴とする。

また、本発明は、前記涙滴形素子の全体が樹脂材料に埋め込まれた構造のものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記樹脂材料は、透明な樹脂材料であることを特徴とする。

また、本発明は、前記涙滴形素子と前記地板とは着脱が可能なものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記着脱は、使用される周波数帯域に応じて、前記涙滴形素子を取り替える際に行われるものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記着脱は、前記涙滴形素子と前記地板のどちらか一方に雄ネジを設け、他方に雌ネジを設け、ネジ止めにより行うものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記着脱は、前記涙滴形素子と前記地板のどちらか一方に雄の嵌合部を設け、他方に雌の嵌合部を設け、雄の嵌合部と雌の嵌合部とを嵌合させることにより行うものであることを特徴とする。

また、本発明は、前記涙滴形素子と前記地板とは導電性接着剤により取付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、低コストで、安定的に電波の受送信を行うことができ、また、使用される周波数帯域に応じて取り替え可能なアンテナ装置を提供することができる。

次に、本発明を実施するための最良の実施の形態について、以下に説明する。

〔第１の実施の形態〕
第１の実施の形態は、筐体又は筐体に設けられた金属板を地板とし、涙滴形素子を設けた構成のアンテナ装置である。

図３に、本実施の形態におけるアンテナ措置の構造を示す。図３（ａ）は、本実施の形態におけるアンテナ装置の斜視図であり、図３（ｂ）は、このアンテナ装置の内部概略図である。

本実施の形態におけるアンテナ装置の給電体である涙滴形素子１０１は、電波を受信又は送信機能を有する装置の筐体１０２上に設置されている。涙滴形素子１０１は、円錐形部の底面側と球面部とが接するよう幾何学的に組み合わされた形状のものであり、円錐形部の頂点において、筐体１０２と接続されている。筐体１０２は金属材料により構成されており、本実施の形態におけるアンテナ装置の地板としての機能を有するものである。

なお、同軸ケーブル１０３の内側導体は涙滴形素子１０１における円錐形部の頂点に接続されており、外側導体が地板である筐体１０２に接続されている。

図４に基づき、より詳細に本実施の形態における地板となる筐体１０２と涙滴形素子１０１について説明する。

涙滴形素子１０１は、円錐形部１０１Ａの底面側と球形部１０１Ｂとが接するよう幾何学的に組み合わされており、円錐形部１０１Ａの半頂角Ψは所定の角度で形成されている。

また、円錐形部１０１Ａの頂点において、筐体１０２の一面に垂直に涙滴形素子１０１が取付けられている。具体的には、筐体１０２に雄ネジ部１０４を形成し、円錐形部１０１Ａの頂点にこれに対応する雌ネジ部を形成し、ネジ止めすることにより取付けられる。

涙滴形素子１０１及び筐体１０２は、それぞれ導電性を有するようなアルミニウム等の金属材料により形成されている。

また、本実施の形態におけるアンテナ装置には、同軸ケーブル１０３が設けられており、この同軸ケーブル１０３の外側導体１０３Ｂが地板となる筐体１０２と電気的に接続されており、内側導体１０３Ａが涙滴形素子１０１と雌ネジ部及び雄ネジ部１０４を介し、電気的に接続されている。なお、筐体１０２は同軸ケーブル１０３の外側導体１０３Ｂを介し接地されている。

このように、筐体１０２の一面を地板として用いることにより、別途地板を設ける必要がなく、また、筐体１０２と涙滴形素子１０１とを接続するケーブルも不要となるため、コストを軽減させることが可能となる。また、涙滴形素子１０１を筐体１０２に直接取り付けることができるため、涙滴形素子１０１が横転等する可能性が低く、安定して電波の受送信を行うことが可能となる。

また、図５に示すように、筐体が樹脂材料等の導電性を有しない材料により形成される場合には、筐体１１２の一面の上に金属板１１５を形成し、この金属板１１５を地板として涙滴形素子１１１を取付けた構成であってもよい。図５（ａ）は、この構成のアンテナ装置の斜視図であり、図５（ｂ）は、このアンテナ装置の内部概略図である。

この場合、筐体１１２と涙滴形素子１１１とを接続するケーブルが不要となり、コストを軽減させることが可能となり、また、安定して電波の受送信を行うことが可能となる。

なお、筐体１１２が金属等の材料で構成される場合であっても、地板としての機能を十分発揮させるため、上述のように金属板１１５を設けてもよい。

また、図６に示すように、金属板１１５は、筐体１１２の内部に設けた構成であってもよい。このような構成であっても同様の効果を得ることができるからである。図６（ａ）は、この構成のアンテナ装置の斜視図であり、図６（ｂ）は、このアンテナ装置の内部概略図である。

更には、図７に示すように、筐体１１２の表面に金属めっき等による金属膜１１６を設けた構成であってもよい。図７（ａ）は、この構成のアンテナ装置の斜視図であり、図７（ｂ）は、このアンテナ装置の内部概略図である。

尚、図５、６に示す金属板１１５、図７に示す金属膜１１６についても、同軸ケーブル１１３の外側導体を介し接地されている。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、涙滴形素子を樹脂で覆った構成のアンテナ装置である。

図８に、本実施の形態におけるアンテナ装置の構成示す。図８（ａ）は、本実施の形態におけるアンテナ装置の斜視図であり、図８（ｂ）は、このアンテナ装置の内部概略図である。

本実施の形態では、筐体２１２の表面に地板となる金属板２１４が設けられており、涙滴形素子２１１は筐体２１２に取り付けられた構成のものであって、涙滴形素子２１１の全体を覆うように樹脂による樹脂カバー２１５を設けた構成のものである。なお、涙滴形素子２１１及び金属板２１４は同軸ケーブル２１３の内側導体、外側導体に各々接続されている。

このように、樹脂カバー２１５を設けることにより、筐体２１２に取り付けられた涙滴形素子２１１は安定し、外力が涙滴形素子２１１に加わったとしても、地板となる金属板２１４との位置関係も変動することがなく、電波の送受信に悪影響を与えることがない。尚、樹脂カバー２１５を構成する樹脂材料は導電性を有しないため、涙滴形素子２１１の全体を樹脂カバー２１５で覆っても、電波の受送信に影響を与えることはない。

また、樹脂カバー２１５を透明な樹脂材料により形成することにより、涙滴形素子２１１が、その内部に存在していることが解るため注意を喚起することもできる。

更に、図８（ｃ）に示すように、涙滴形素子２１１の全体を樹脂材料２２５により埋め込むことにより、涙滴型素子２１１と地板となる金属板２１４との位置関係を固定させることができ、安定的に電波の受送信を行うことができる。この場合においても、樹脂材料２２５に透明な樹脂材料を用いることにより、涙滴形素子２１１が、その内部に存在していることが解るため注意を喚起することもできる。尚、埋め込みに用いられる樹脂材料２２５は導電性を有しないため、涙滴形素子２１１の全体を樹脂２２５に埋め込んでも、電波の受送信に影響を与えることはない。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、涙滴形素子が地板より取替え可能な構成のアンテナ装置である。

具体的には、図９に示すように、涙滴形素子の形状は使用される周波数帯域により形状が異なる。本実施の形態においては、使用される周波数帯域に対応した涙滴形素子に取り替えることが可能な構成のアンテナ装置である。

図９（ａ）は、３ＧＨｚ帯域に対応した涙滴形素子３１１Ａであり、高さが約２５ｍｍである。これは、使用される周波数帯域の約λ／４に相当する。このような涙滴形素子３１１Ａは電波の受信又は送信機能を有する装置の筐体に設けられた金属板３１２に取り付けられる。尚、受信又は送信機能を有する装置の筐体が金属材料で構成される場合には、筐体の一部を地板として用いることが可能である。

図９（ｂ）は、６ＧＨｚ帯域に対応した涙滴形素子３１１Ｂであり、高さが約１２．５ｍｍである。図９（ｃ）は、１２ＧＨｚ帯域に対応した涙滴形素子３１１Ｃであり、高さが約６ｍｍである。それぞれの高さは、使用される周波数帯域の約λ／４に相当する。このように、使用される周波数帯域により用いられる涙滴形素子の形状が異なるため、使用される周波数に応じて涙滴形素子を取り替えることにより、最適な電波の送受信を行うことができる。

次に、図１０に基づき、涙滴形素子の金属板への取付け方法を説明する。

図１０（ａ）は、第１の実施の形態と同様に、金属板３２２に雄ネジ３２４を形成し、涙滴形素子３２１の円錐形部の先端に雌ネジ３２３を形成し、この雄ネジ３２４と雌ネジ３２３によりネジ止めをする構成のものである。

図１０（ｂ）は、金属板３３２に雌ネジ３３４を形成し、涙滴形素子３３１の円錐形部の先端に雄ネジ３３３を形成し、この雄ネジ３３３と雌ネジ３３４によりネジ止めをする構成のものである。

図１０（ｃ）は、金属板３４２に雄の嵌合部３４４を形成し、涙滴形素子３４１の円錐形部の先端に雄の嵌合部３４４に対応する雌の嵌合部３４３を形成し、この雄の嵌合部３４４と雌の嵌合部３４３とを嵌合させる構成のものである。

図１０（ｄ）は、涙滴形素子３５１の円錐形部の先端に雄の嵌合部３５３を形成し、金属板３５２に雄の嵌合部３５３に対応する雌の嵌合部３５４を形成し、この雄の嵌合部３５３と雌の嵌合部３５４とを嵌合させる構成のものである。

図１０（ｅ）は、金属板３６２に突起部３６４を形成し、涙滴形素子３６１の円錐形部の先端に突起部３６４に対応する穴部３６３を形成し、この突起部３６４を穴部３６３に入れた状態で、導電性接着剤で接着させる構成のものである。

図１０（ｆ）は、金属板３７２に長い棒状部３７４を形成し、涙滴形素子３７１の円錐形部の先端に棒状部３７４に対応する穴部３７３を形成し、この棒状部３７４を穴部３７３に入れることにより嵌合等により接続させる構成のものである。

以上の方法により、涙滴形素子と金属板とを接続することができる。尚、筐体が金属材料により構成されている場合には、地板となる金属板に代えて、筐体の一部を地板となる金属板として使用することも可能である。

以上の図１０（ａ）〜（ｄ）、（ｆ）に示す方法においては、金属板と涙滴形素子とが容易に着脱可能であるため、最適な涙滴形素子に取替え可能である。

以上、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。

従来のアンテナ装置の一例の構成図 従来のアンテナ装置の一例のブロック構成図 第１の実施の形態におけるアンテナ装置の構成図 第１の実施の形態におけるアンテナ装置の断面図 第１の実施の形態における別のアンテナ装置の構成図（１） 第１の実施の形態における別のアンテナ装置の構成図（２） 第１の実施の形態における別のアンテナ装置の構成図（３） 第２の実施の形態におけるアンテナ装置の構成図 第３の実施の形態におけるアンテナ装置の説明図 第３の実施の形態におけるアンテナ装置の取付方法の説明図

符号の説明

１０１ 涙滴形素子
１０１Ａ 円錐形部
１０１Ｂ 球形部
１０２ 筐体
１０３ 同軸ケーブル
１０３Ａ 内側導体
１０３Ｂ 外側導体
１０４ 雄ネジ部

Claims (11)

1. 円錐形部の底面側と球面部とが接するよう幾何学的に組み合わされた形状の涙滴形素子と、
   前記涙滴形素子における円錐形部の頂点と対向して配置された地板と、
   内側導体が前記涙滴形素子における円錐形部の頂点に接続されると共に、外側導体が前記地板に接続される同軸線路を有するアンテナ装置であって、
   前記地板は、前記アンテナ装置に接続される受信又は送信機能を有する装置の金属からなる筐体の一面であることを特徴とするアンテナ装置。
2. 円錐形部の底面側と球面部とが接するよう幾何学的に組み合わされた形状の涙滴形素子と、
   前記涙滴形素子における円錐形部の頂点と対向して配置された地板と、
   内側導体が前記涙滴形素子における円錐形部の頂点に接続されると共に、外側導体が前記地板に接続される同軸線路を有するアンテナ装置であって、
   前記地板は、前記アンテナ装置に接続される受信又は送信機能を有する装置の筐体の一面の表面上又は、前記筐体内部に設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 前記地板は接地されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 前記涙滴形素子の全体を覆う樹脂材料からなる樹脂カバーが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記涙滴形素子の全体が樹脂材料に埋め込まれた構造のものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記樹脂材料は、透明な樹脂材料であることを特徴とする請求項４または５に記載のアンテナ装置。
7. 前記涙滴形素子と前記地板とは着脱が可能なものであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記着脱は、使用される周波数帯域に応じて、前記涙滴形素子を取り替える際に行われるものであることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記着脱は、前記涙滴形素子と前記地板のどちらか一方に雄ネジを設け、他方に雌ネジを設け、ネジ止めにより行うものであることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記着脱は、前記涙滴形素子と前記地板のどちらか一方に雄の嵌合部を設け、他方に雌の嵌合部を設け、雄の嵌合部と雌の嵌合部とを嵌合させることにより行うものであることを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
11. 前記涙滴形素子と前記地板とは導電性接着剤により取付けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置。

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