JP2018157242A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】折返しアンテナ素子の指向性を極力水平方向に近付けることができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】λ／４長のアンテナ素子３を一辺の長さＧｘがλ／２以下であるグランド２に接続する位置Ｇｘ１を、前記一辺の一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２とする。このように接続位置Ｇｘ１を一辺の中央より基準方向にずらすことで、アンテナ素子３の水平素子部３ｘに流れる電流を、グランド２に流れる電流によってより多く打消して、アンテナ装置の指向性を水平方向に近付ける。【選択図】図１

Description

本発明は、グランドの一辺に折返しアンテナ素子を配置してなるアンテナ装置に関する。

折返しアンテナの１つである逆Ｆアンテナをグランドの一辺に接続する場合、一般に前記一片の中央で接続されることが多い。また、特許文献１に開示されているように、中央からずれた位置で接続されることもある。

特開２０１３−９３６４５号公報

しかしながら、逆Ｆアンテナ素子とグランドとの接続位置を一辺の中央にすると、指向性が水平から４５°程度傾くことが判明した。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、折返しアンテナ素子の指向性を極力水平方向に近付けることができるアンテナ装置を提供することにある。

請求項１記載のアンテナ装置によれば、λ／４長の折返しアンテナ素子を、一辺の長さＧｘがλ／２以下であるグランドに接続する位置Ｇｘ１を、前記一辺において折返しアンテナ素子の折返し素子部が伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２とする。つまり、アンテナをグランドに接続する位置を一辺の中央よりも基準方向に寄せる。通信時において、アンテナ素子に交流信号が流れると、前記素子と対向するグランドの一辺側にも電流が流れる。アンテナ素子の折返し部分に流れる電流は、対向するグランドの一辺側において逆方向に流れる電流により相殺される（例えば後述する実施形態の図１中の矢印を参照）。

しかし、従来のように、アンテナ素子がグランドの一辺の中央で接続されていると、前記アンテナ素子と対向しない部分のグランドにも電流が流れることになる。前記一辺が水平方向であれば、アンテナ素子の折返し部分である水平部に流れる電流がグランド側に流れる電流で全て打ち消されないため、アンテナ素子の水平部からは、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分が発生する。前記電波成分は、アンテナ素子の垂直部において水平方向から約０°方向に放射される電波成分と合成される。すると、合成された電波は水平方向から約４５°方向に放射される。

そこで本発明では、折返しアンテナ素子のグランドへの接続位置Ｇｘ１を０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２として中央より基準方向にずらすことで、アンテナ素子の水平部にグランドが対向する距離をより長くとるようにする。これにより、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分の発生を抑制し、アンテナ素子の指向性を水平方向に近付けることができる。

そして、請求項２記載のアンテナ装置のように、接続位置Ｇｘ１を０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／４とすれば、指向性をより水平方向に近付けることができる。
また、請求項３記載のアンテナ装置のように、接続位置Ｇｘ１を「０」として、基準位置，つまり前記一辺の端にすれば、垂直偏波成分の発生を一層抑制し、指向性を更に水平方向に近付けることができる。

請求項４記載のアンテナ装置によれば、グランドの形状を正方形とする。

一実施形態であり、アンテナ装置の構成を示す図（その１） アンテナ装置の構成を示す図（その２） 従来のアンテナ装置の構成を示す図 従来構成から本実施形態の構成に至る指向性の変化を推測する図 アンテナ素子のグランド接続位置に応じた指向性の変化を推測する図 従来のアンテナ装置に電流が流れる状態を示すモデル図 従来のアンテナ装置の電波放射状態をシミュレートした図 本実施形態のアンテナ装置に電流が流れる状態を示すモデル図 本実施形態のアンテナ装置の電波放射状態をシミュレートした図

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。先ず、従来のアンテナ装置の構成について図３を参照して説明する。アンテナ装置１は、図示しない誘電体基板上に配線パターン等で形成される正方形状のグランド２と、このグランド２に接続されるアンテナ素子３とを備えている。グランド２の図中水平方向寸法をＧｘ，垂直方向寸法をＧｙ，通信信号波長をλとすると、Ｇｘ，Ｇｙ≦λ／２に設定されている。尚、波長λは、光の波長をλ０，誘電体基板の誘電率を√εとすると、λ＝λ０／√εで表される。

アンテナ素子３は、折返しアンテナの一種である逆Ｆアンテナであり、垂直素子部３ｙ及び水平素子部３ｘからなる。水平素子部３ｘは、垂直素子部３ｙを介してグランド２に直接接続されていると共に、給電点４を介してグランド２に接続されている。垂直素子部３ｙの寸法をａ，水平素子部３ｘの寸法をｂとすると、素子の長さ（ａ＋ｂ）は略λ／４に設定されている。水平素子部３ｘは折返し素子部に相当する。

ここで、アンテナ素子３の垂直素子部３ｙがグランド２の一辺に接続される位置Ｇｘ１を、前記一辺の左端を基準（＝０）として表す。また、Ｇｘ１＋Ｇｘ２＝Ｇｘとする。そして、従来のアンテナ装置１ではＧｘ１＝Ｇｘ２＝Ｇｘ／２として、垂直素子部３ｙを前記一辺の中央で接続するものが一般的であった。

この場合、通信時においてアンテナ素子３及びグランド２に流れる電流の状態をシミュレートすると図６のようになる。尚、図６及び図８中に大きな矢印で示す電流の流れは、小さな矢印で示す流れに対し、交流的に逆になる場合を示している。アンテナ素子３の水平素子部３ｘに流れる電流は、グランド２の対向する辺部において、逆方向に流れる電流で相殺される。

しかし、垂直素子部３ｙを一辺の中央で接続すると、グランド２が水平素子部３ｘと対向しない図左側の部分にも電流が流れる。その結果、アンテナ素子３では、水平素子部３ｘに流れる電流がグランド２側に流れる電流によって十分に打ち消されず、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分が発生していると考えられる。すると、その電波成分が、垂直素子部３ｙに流れる電流で発生する水平方向から約０°方向に放射される電波成分と合成される結果、アンテナ装置１の指向性は、図６に破線矢印で示すように水平より仰角方向に４５°傾いている。

図７は、図６の状態に対応するアンテナ装置１の電波放射状態をシミュレートしたものであるが、やはりビーム方向が、水平方向に一致するｘ軸より仰角方向に４５°程傾くことを示している。

そこで、本実施形態のアンテナ装置１１では、図２に示すように、垂直素子部３ｙの接続位置Ｇｘ１を、Ｇｘ１＜λ／４，Ｇｘ１＜Ｇｘ２として、一辺の中央より左端の基準位置側に近付けるようにする。望ましくは、図１に示すアンテナ装置１２のように、Ｇｘ１＝０とする。この場合、図８に示すように、グランド２の辺部に流れる電流により、水平素子部３ｘに流れる電流を十分に打ち消すことができるようになり、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分をより多く抑圧できる。その結果、アンテナ装置１２の指向性は、図８に破線矢印で示すように、水平からの仰角方向傾きが１５°程度になっていると考えられる。

図９は、図８の状態に対応するアンテナ装置１２の電波放射状態をシミュレートしたものであるが、ビーム方向が上述したように、水平方向より仰角方向に１５°傾くことを示している。
図７及び図９に示す結果から、図２に示すアンテナ装置１１の指向性は、図５に○でプロットして示すように、水平方向に対して４５°から１５°の間にあると考えられる。

以上のように本実施形態によれば、λ／４長のアンテナ素子３を一辺の長さＧｘがλ／２以下であるグランド２に接続する位置Ｇｘ１を、図２に示すように、前記一辺において水平素子部３ｘが伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２にする。このように、接続位置Ｇｘ１を一辺の中央より基準方向にずらすことで、アンテナ素子３の水平素子部３ｘに流れる電流を、グランド２に流れる電流によってより多く打ち消すことができる。これにより、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分の発生を抑制し、アンテナ装置１１の指向性を水平方向に近付けることができる。

また、図１に示すように、接続位置Ｇｘ１を「０」として基準位置である前記一辺の端にすれば、前記電波成分の発生を一層抑制し、アンテナ装置１２の指向性を更に水平方向に近付けることができる。

本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
水平素子部３ｘが伸びる方向が、例えば図１中の左方向である場合は、図中の右端を基準位置とすれば良い。
グランドの形状は正方形に限ることなく、例えば矩形等でも良い。
逆Ｆ形状のアンテナ素子に限ることなく、逆Ｌ形状のアンテナ素子に適用しても良い。

図面中、２はグランド、３はアンテナ素子、３ｘは水平素子部、３ｙは垂直素子部、４は給電点、１１及び１２はアンテナ装置を示す。

Claims (4)

1. 信号波長をλとすると、一辺の長さＧｘがλ／２以下であるグランドと、
   このグランドの一辺に配置されるλ／４長の折返しアンテナ素子とを備え、
   前記折返しアンテナ素子と前記グランドとの接続位置Ｇｘ１が、前記一辺において前記折返しアンテナ素子の折返し素子部が伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２であるアンテナ装置。
2. 前記接続位置Ｇｘ１が、０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／４である請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記接続位置Ｇｘ１が、Ｇｘ１＝０である請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記グランドの形状が正方形である請求項１から３の何れか一項に記載のアンテナ装置。