JP2009005104A

JP2009005104A - 高周波回路およびアンテナ

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Publication number: JP2009005104A
Application number: JP2007164265A
Authority: JP
Inventors: Takenao Wada; 武尚和田; Shoji Ishizaki; 庄治石▲崎▼
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-01-08

Abstract

【課題】良好な無指向特性で広帯域特性のコリニアアンテナを実現する。
【解決手段】フレキシブルな絶縁基板１１の表面に給電線１４およびその給電線１４が分岐接続される複数のアンテナ素子１２が設けられた第１基板１０と、フレキシブルな絶縁基板２１の表面全面に接地パターン２２が設けられた第２基板２０と備える。第２基板２０の表面の上に第１基板１０の裏面を重ねて、第１基板１０が外側となるように、第１および第２基板１０，２０を筒形状に巻き、給電線１２が接地パターン２２によって上下面を覆われてトリプレート線路が形成され、そのトリプレート線路の外面にアンテナ素子１２が露出するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、トリプレート線路からなる高周波回路およびこれを利用したアンテナに関するものである。

無指向特性のアンテナとして、(１)軸方向に一直線状に配列したアンテナ素子にワイヤ、同軸ケーブル、プリント基板等で直列給電を行う構造（非特許文献１、２、３参照）、(２)同様の構造で並列給電を行うもの、(３)金属円筒上に間隔を設けてパッチアンテナを複数巻いて直列給電を行う構造（非特許文献４）、(４)偏波共用の構造（非特許文献５）、(５)角柱の表裏２面にパッチアンテナを配置した構造（非特許文献６）がある。

Johnson,Richard and Jasik,Henry(ed.),"Antnna Engineering Handbook",Second Edition McGraw Hill,1984,pp.14-27 Randy.Bancroft and Blaine Bateman,"An Omnidirectional Planar Microstrip Antenna",IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.52,NO.11,NOVEMBER.2004、pp3151-3153 kin-Lu Wong et al.,"Omnidirectional Planar Dipole Array Antenna",IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.52,NO.2,FEBRUARY.2004,pp.624−628. N.Herscovic,"The Cylindrical Omnidirectional Patch Antenna",IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.49,NO.12,DECEMBER.2001,pp.1746−1753. 大島外著、「２ＧＨｚ帯偏波共用オムニアンテナ」、２００３年、電子情報通信学会通信ソサエティ大会１４９頁松下外著、「２面型垂直偏波オムニ指向特性アンテナに対する無給電パッチの効果」、２００５年、電子情報通信学会通信ソサエティ大会８５頁。

ところが、(１)の構造は、その構造が簡単なため低コストで生産可能という利点があるものの、直列給電であるので、周波数特性が狭帯域となる問題がある。また(２)の構造は、並列給電であるため周波数特性が広帯域となる利点があるが、給電線路が露出するために、アンテナ素子がその給電線路と干渉し、指向特性を乱してしまうため、無指向特性を得ることができない。また(３)の構造は、給電線路を入れるスペースに余裕がないため直列給電とならざるを得ず、周波数帯域が狭帯域となる。また(４)の構造は、立体的であるため部品点数が多くなり、安価に作成することが難しく、また給電線路を入れるスペースに余裕がないため（３）と同様な問題がある。さらに（５）の構造も無指向特性を向上させるには筒の大きさを小さくせざるを得ず、給電線路を入れるスペースに余裕がないため、（３）と同様な問題がある。

本発明の目的は、並列給電線路の構成が容易なトリプレート線路の給電線路を有する高周波回路およびこれを利用したアンテナを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の高周波回路は、フレキシブルな絶縁基板の表面に給電線が設けられた第１基板と、フレキシブルな絶縁基板の表面に接地パターンが設けられた第２基板とを備え、前記第２基板の前記表面の上に前記第１基板の裏面を重ねて、前記第１基板が外側となるように前記第１および第２基板を筒形状に巻き、前記給電線が前記接地パターンによって上下面を覆われ、トリプレート線路が形成されるようにしたことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の高周波回路において、前記第１基板を前記給電線と同じ形状の第１導電板に置き換え、および／又は、前記第２基板を前記接地パターンと同じ形状の第２導電板に置き換え、前記第１基板と前記第２導電板、前記第１導電板と前記第２基板、又は前記第１導電板と前記第２導電板を、絶縁シートを介して筒形状に巻いたことを特徴とする。
請求項３にかかる発明のアンテナは、フレキシブルな絶縁基板の表面に給電線および該給電線が接続されたアンテナ素子が設けられた第１基板と、フレキシブルな絶縁基板の表面に接地パターンが設けられた第２基板とを備え、前記第２基板の前記表面の上に前記第１基板の裏面を重ねて、前記第１基板が外側となるように前記第１および第２基板を筒形状に巻き、前記給電線が前記接地パターンによって上下面を覆われてトリプレート線路が形成され、該トリプレート線路の外面に前記アンテナ素子が位置するようにしたことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のアンテナにおいて、前記第１基板を前記給電線および前記アンテナ素子と同じ形状の第１導電板に置き換え、および／又は、前記第２基板を前記接地パターンと同じ形状の第２導電板に置き換え、前記第１基板と前記第２導電板、前記第１導電板と前記第２基板、又は前記第１導電板と前記第２導電板を、絶縁シートを介して筒形状に巻いたことを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項３又は４に記載のアンテナにおいて、前記アンテナ素子を前記巻きの軸方向に並ぶように複数個設けたことを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、請求項５に記載のアンテナにおいて、前記給電線を、前記複数個の前記アンテナ素子への給電が並列給電となるよう配線したことを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項３、５又は６に記載のアンテナにおいて、前記第２基板に、前記巻き付け状態で前記アンテナ素子の上面に位置する無給電パッチ素子を設けたことを特徴とする。

本発明の高周波回路によれば、給電線路がトリプレート線路で形成されるため、他に悪影響を与えない給電線路を構成でき、並列給電線路も容易に構成でき、しかもその構造は筒形状であるので、狭い筒内等に配置することが可能となる。また、本発明のアンテナによれば、トリプレート線路の給電線路の外側にアンテナ素子が露出するように筒形状に構成されるが、給電線とアンテナ素子が相互干渉することはなく、指向特性に悪い影響を与えることはない。アンテナ素子を筒の軸方向に複数配置すれば、無指向特性のコリニアアンテナを形成でき、並列給電によって広帯域を実現できる。

＜第１の実施例＞
図１は本発明の第１の実施例のコリニアアンテナの展開図である。１０は第１基板であり、フレキシブルな絶縁性基板１１の表面に４個のアンテナ素子（パッチ素子）１２が縦方向に等ピッチで配置され、その各アンテナ素子１２の下端中央には、そこから１個の給電端子１３に至る給電線１４が配線されている。この給電線１４は給電端子１３から各アンテナ素子１２までの距離が等長となるように２段に亘って分岐配線されている。なお、本実施例では水平方向で最大利得を得るために、各アンテナ素子の励振分布が一様かつ同相となるよう設計しているが、最大利得方向を下方にチルトさせる等の垂直面内指向特性の形成を行う場合は、給電線路の線路長や分岐の分配比を平面トリプレート線路と同様な手法で調整することで、各アンテナ素子の励振分布を制御可能である。１５，１６，１７はそれぞれ縦向に等ピッチで５個ずつ、アンテナ素子１２や給電線１４から離れた位置に形成された位置決め穴であり、各段は横方向に並んでいる。

２０は第２基板であり、フレキシブルな絶縁性基板２１の表面全面に接地パターン２２が配置されている。２５，２６，２７は第１基板１０の位置決め穴１５，１６，１７と同様の位置決め穴である。

３０は第１発泡シート、４０は第２発泡シートであり、いずれもフレキシブルな絶縁スペーサとして働く。発泡シート３０には、アンテナ基板１０の位置決め穴１５，１６，１７と同様の位置決め穴３５，３６，３７が形成されている。また、発泡シート４０には、アンテナ基板１０の位置決め穴１５，１６と同様の位置決め穴４５，４６が形成されている。

さて、これを組み立てるには、図２(a)に示すように、絶縁性の円柱５０の上に、接地パターン２２が形成された面を上面とした第２基板２０、第１発泡シート３０，アンテナ素子１２と給電線１４が形成された面を上面とした第１基板１０、第２発泡シート４０を、順次重ねておき、位置決め穴１５，２５，３５，４５が合致し、位置決め穴１６，２６，３６，４６が合致するように、その重合シートを円柱５０の周囲に巻き付ける。

巻き付けが終わった後は、縦方向に並ぶそれぞれの位置決め穴１５〜１７，２５〜２７、３５〜３７，４５，４６に絶縁性ビス６０（合計５個）を挿入して円柱５０の穴５５にねじ込み、その重合シートの状態を保持する。このとき、第１および第２発泡シート３０，４０は、絶縁スペーサとして働く。これにより、図２(b)、図３に示すように、アンテナ素子１２の横方向の幅ａ（図１参照）の長さがほぼ１周の長さ（図３Ｃ−Ｃ参照）を形成するよう、アンテナ素子１２が、円柱５０の軸方向に一直線で４個並ぶことになる。

上記巻き付けにおいて、第２基板２０は、始めは給電線１４の下側に位置するが、巻き付けが進み１周目を越えた２周目に入ると、その給電線１４の上側に位置する。このため、その給電線１４の幅ｂ（図１参照）の部分は、アンテナ素子１２よりも円柱５０に近い内側において、上下両面が第２基板２０の接地パターン２２で挟まれたトリプレート線路（図３Ｃ−Ｃ参照）として動作する。よって、給電線１４のアンテナ素子１２に対する干渉が抑制されることになる。

また、第２基板２０の接地パターン２２の２周目の部分は、アンテナ素子１２からみて下側に位置するため、アンテナ素子１２に対しては接地として振る舞い、円筒型のコンフォーマルアンテナとほぼ同様な特性を呈することが可能となる。アンテナ素子１２の幅ａ（図１参照）を調整することで、水平面内の無指向特性を得ることができる。

また、給電線１４は、上記のようにトリプレート線路としてアンテナ中に隠れ、各アンテナ素子１２に対して並列給電を行う。このため、周波数が異なっても、各アンテナ素子１２には同一の条件で給電が行われるので、広帯域での動作が可能となる。

＜第２の実施例＞
図４は本発明の第２の実施例のコリニアアンテナの展開図である。本実施例では、第１の実施例における第２基板２０を、符号２０Ａで示す第２基板２０Ａに置き換え、且つ第２発泡シート４０を符号４０Aで示す第２発泡シート４０Ａに置き換えている。

第２基板２０Ａは、横方向の幅を１周分延長して位置決め穴２８を追加している。また、この第２基板２０Ａの導体パターンは、接地パターン２２ａと、第１基板１０のアンテナ素子１２に対応する無給電パッチ素子２２ｂとで構成している。２９は導体パターンの形成されていない絶縁領域である。第２発泡シート４０Ａも、横方向の幅を１周分延長して位置決め穴４７を追加している。

本実施例では、組み立てにおいて、図５(a)に示すように、絶縁性の円柱５０の上に、接地パターン２２ａと導体パターン２２ｂが形成された面を上面とした第２基板２０Ａ、第１発泡シート３０、アンテナ素子１２と給電線１４が形成された面を上面とした第１基板１０、第２発泡シート４０Ａを、順次重ねておき、位置決め穴１５，２５，３５，４５が合致し、位置決め穴１６，２６，３６，４６が合致するようにして、その重合シートを円柱５０の周囲に巻き付ける。

巻き付けが終わった後は、縦方向に並ぶそれぞれの位置決め穴１５〜１７，２５〜２８、４５〜３７，４５〜４７に絶縁性ビス（合計５個）を挿入して円柱５０の穴５５にねじ込み、その重合シートの状態を保持する。

本実施例では、第１の実施例における作用効果に加えて、幅ａにおける給電線１４の部分についても接地パターン２２ａによってトリプレート線路が構成されるので、結局、給電線１４の全てがトリプレート線路となり、給電線１４とアンテナ素子１２との干渉防止がより効果的となる。また、アンテナ素子１２の上面に非接触で無給電パッチが位置するので、帯域特性がより改善される。

図６に本実施例のコリニアアンテナの垂直面内、水平面内の指向特性を示した。３つの周波数（２．５０ＧＨｚ、２．５５ＧＨｚ、２．６０ＧＨｚ）でほぼ同じ特性（広帯域特性）を示し、特に水平面内の指向特性は無指向を示している。

＜その他の実施例＞
なお、以上の第１および第２の実施例はコリニアアンテナについてのものであるが、アンテナ素子１２を取り外し、給電線１４のみを配置することで、筒形状のトリプレートの給電線路を構成することができる。筒の外面にアンテナ素子を軸方向に複数個並べて構成したコリニアアンテナが別構成としてある場合は、このコリニアアンテナの筒内に、上記筒形状のトリプレートの給電線路を嵌め込むことにより、その給電線路によって、複数のアンテナ素子に並列給電を行うことが可能となる。

また、第１基板１０は、アンテナ素子１２および給電線１４と同じ形状の導電板に置き換え、第２基板２０も接地パターン２２と同じ導電板に置き換えて、発泡シート３０，４０によりそれら両導電板の相互間の絶縁を確保して、筒形状に巻いて、コリニアアンテナを構成してもよい。

本発明の第１の実施例のコリニアアンテナの展開図である。図１の各アンテナ構成要素の巻き付けの説明図である。図２(b)のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄの断面図である。本発明の第２の実施例のコリニアアンテナの展開図である。図４の各アンテナ構成要素の巻き付けの説明図である。図５(b)のコリニアアンテナの特性図である。

符号の説明

１０：第１基板、１１：絶縁基板、１２：アンテナ素子、１３：給電端子、１４：給電線、１５〜１７：位置決め穴
２０，２０Ａ：第２基板、２１：絶縁基板、２２，２２ａ：接地パターン，２２ｂ：無給電パッチ素子、２５〜２８：位置決め穴、２９：絶縁領域
３０：第１発泡シート、３５〜３７：位置決め穴
４０，４０Ａ：第２発泡シート、４５〜４７：位置決め穴

Claims

フレキシブルな絶縁基板の表面に給電線が設けられた第１基板と、フレキシブルな絶縁基板の表面に接地パターンが設けられた第２基板とを備え、前記第２基板の前記表面の上に前記第１基板の裏面を重ねて、前記第１基板が外側となるように前記第１および第２基板を筒形状に巻き、前記給電線が前記接地パターンによって上下面を覆われ、トリプレート線路が形成されるようにしたことを特徴とする高周波回路。
請求項１に記載の高周波回路において、
前記第１基板を前記給電線と同じ形状の第１導電板に置き換え、および／又は、前記第２基板を前記接地パターンと同じ形状の第２導電板に置き換え、
前記第１基板と前記第２導電板、前記第１導電板と前記第２基板、又は前記第１導電板と前記第２導電板を、絶縁シートを介して筒形状に巻いたことを特徴とする高周波回路。
フレキシブルな絶縁基板の表面に給電線および該給電線が接続されたアンテナ素子が設けられた第１基板と、フレキシブルな絶縁基板の表面に接地パターンが設けられた第２基板とを備え、前記第２基板の前記表面の上に前記第１基板の裏面を重ねて、前記第１基板が外側となるように前記第１および第２基板を筒形状に巻き、前記給電線が前記接地パターンによって上下面を覆われてトリプレート線路が形成され、該トリプレート線路の外面に前記アンテナ素子が位置するようにしたことを特徴とするアンテナ。
請求項３に記載のアンテナにおいて、
前記第１基板を前記給電線および前記アンテナ素子と同じ形状の第１導電板に置き換え、および／又は、前記第２基板を前記接地パターンと同じ形状の第２導電板に置き換え、
前記第１基板と前記第２導電板、前記第１導電板と前記第２基板、又は前記第１導電板と前記第２導電板を、絶縁シートを介して筒形状に巻いたことを特徴とするアンテナ。
請求項３又は４に記載のアンテナにおいて、
前記アンテナ素子を前記巻きの軸方向に並ぶように複数個設けたことを特徴とするアンテナ。
請求項５に記載のアンテナにおいて、
前記給電線を、前記複数個の前記アンテナ素子への給電が並列給電となるよう配線したことを特徴とするアンテナ。
請求項３、５又は６に記載のアンテナにおいて、
前記第２基板に、前記巻き付け状態で前記アンテナ素子の上面に位置する無給電パッチ素子を設けたことを特徴とするアンテナ。