(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
誘電体基板の第1の主面に形成された素子内給電線路、及び前記誘電体基板の第2の主面に形成された放射素子を有し、前記放射素子が前記素子内給電線路に沿うように形成されて前記素子内給電線路からの給電を受けるアンテナ素子と、
互いに平行な第1の外部導体及び第2の外部導体の間に中心導体を配置して構成され、前記アンテナ素子に励振電力を給電可能なトリプレート線路と、
前記中心導体と前記素子内給電線路とを電気的に接続する接続部材とを備え、
前記接続部材は、絶縁性を有する固定部材によって前記第1の外部導体に形成された貫通孔に固定されており、
前記固定部材は、前記貫通孔に挿入されて前記接続部材を固定する固定部と、前記第1の外部導体と前記中心導体との間に挟まれた基部とを有している、
アンテナ装置。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[実施の形態]
図1は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を示すブロック図である。
【0013】
このアンテナ装置1は、例えば携帯電話基地局用のアンテナ装置として用いられ、高周波信号送受信端子10、分配器用トリプレート線路11、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路12、給電線路用トリプレート線路13、及び複数のアンテナ素子をアレイ状に配置したアンテナ素子アレイ14を含んで構成されている。
【0014】
高周波信号送受信端子10に高周波送信信号に応じた励振電力を入力すると、この励振電力が分配器用トリプレート線路11によって分配される。分配された励振電力は、それぞれに対応する誘電体挿入型移相器用トリプレート線路12によって所定の移相量を与えられ、それぞれに対応する給電線路用トリプレート線路13に入力される。給電線路用トリプレート線路13に供給された励振電力は、アンテナ素子アレイ14のそれぞれに対応するアンテナ素子に給電され、各アンテナ素子から所定の指向性を有して放射される。
【0015】
なお、本実施の形態では、アンテナ装置1を送信用として用いた場合について説明するが、
図1に両矢印で示すように、アンテナ装置1を受信用として用いることも可能である。
【0016】
(アンテナ装置1の構成)
図2は、アンテナ装置1の具体的な構成例を示し、(a)は外観を示す斜視図、(b)は第1のグランド板31上の実装状態を示す斜視図である。
【0017】
図2(a)に示すように、アンテナ装置1は、円筒状のレドーム22内に前述の高周波信号送受信端子10、分配器用トリプレート線路11、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路12、給電線路用トリプレート線路13、及びアンテナ素子アレイ14等を収容して構成されている。
【0018】
レドーム22は、その両端をアンテナキャップ23a,23bによって閉塞されており、その長手方向が鉛直方向となるように取付金具21a,21bでアンテナ塔等に取り付けられる。また、高周波信号送受信端子10(
図1参照)として機能する同軸ケーブルアダプタ25a,25bが、一方のアンテナキャップ23bから外部へ突出している。
【0019】
図2(b)に示すように、複数(本実施の形態では8つ)のアンテナ素子4は、水平偏波アンテナ素子41と垂直偏波アンテナ素子42とを有し、第1の導体としての第1のグランド板31上に配置されてアンテナ素子アレイ14(
図1参照)を構成している。第1のグランド板31には、その長手方向に直交する幅方向の両側に、側板34a,34bが設けられている。
【0020】
第1のグランド板31は、水平偏波アンテナ素子41及び垂直偏波アンテナ素子42から放射される電磁波を反射する反射板としての機能を有している。
【0021】
図3は、
図2(b)における一部のアンテナ素子4を拡大して示す斜視図である。なお、
図3では、第1のグランド板31の図示を省略し、第1のグランド板31に平行に配置された第2のグランド板32、及び第1のグランド板31と第2のグランド板32との間に配置された中心導体33等を示している。
【0022】
水平偏波アンテナ素子41は、矩形状の誘電体基板410の一方の面に放射素子412が形成され、この放射素子412が複数(本実施の形態では2つ)の接地部7aによって図略の第1のグランド板31、及び第2の導体としての第2のグランド板32に接続されている。第1のグランド板31及び第2のグランド板32は、図略の配線によって接地されている。なお、
図3では、2つの接地部7aのうち一方の接地部7aのみを示している。
【0023】
同様にして、垂直偏波アンテナ素子42は、誘電体基板420の一方の面に放射素子422が形成され、複数(本実施の形態では2つ)の接地部7bによって図略の第1のグランド板31、及び第2のグランド板32に接続されている。
【0024】
互いに平行に配置された第1のグランド板31(図略)と第2のグランド板32との間には、板状の中心導体33が平行に配置され、第1のグランド板31、中心導体33、及び第2のグランド板32によってトリプレート線路を構成している。
【0025】
本実施の形態では、
図1に示した分配器用トリプレート線路11、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路12、及び給電線路用トリプレート線路13が、一連のトリプレート線路によって構成されている。
【0026】
中心導体33と第1のグランド板31との間、及び中心導体33と第2のグランド板32との間には、それぞれインピーダンス整合された誘電体スペーサ64が複数設けられている。
【0027】
中心導体33は、トリプレート線路内に複数設けられた誘電体組立体6を構成する板状の第1の誘電体板61及び第2の誘電体板62の間に挟まれている。誘電体組立体6は、その両端において一対の誘電体支持ピン63により支持されている。第2のグランド板32には、誘電体支持ピン63が貫通する長円形状のスリット320が複数形成されている。
【0028】
図4は、アンテナ装置1における第2のグランド板32上の実装状態を示す斜視図である。なお、
図4では、レドーム22を取り外したアンテナ装置1を
図3とは反対側から見た状態を示している。
【0029】
第2のグランド板32の裏面32a(中心導体33に対向する面とは反対側の面)には、誘電体支持ピン63(
図3参照)に連結された連結棒52a,52bが設けられている。連結棒52a,52bは、それぞれ連結棒ガイド51a,51bによりガイドされ、誘電体支持ピン63を第1のグランド板31の長手方向に移動させる。
【0030】
その他、第2のグランド板32の裏面32a側には、モータユニット用ケーブル53によって駆動電流が供給される直動モータユニット54、及びチルト角を設定するためのチルト設定基板56が設けられている。
【0031】
また、同軸ケーブルアダプタ25aから導出されて水平偏波アンテナ素子41に励振電力を供給する水平偏波用同軸ケーブル55a、及び同軸ケーブルアダプタ25bから導出されて垂直偏波アンテナ素子42に励振電力を供給する垂直偏波用同軸ケーブル55bが、第2のグランド板32の裏面32a側から中心導体33に接続されている。
【0032】
(アンテナ素子4の構成)
次に、アンテナ素子4の構成について、
図5乃至
図7を参照して説明する。
【0033】
図5は、アンテナ素子4の構成例を示す斜視図である。
図6は、水平偏波アンテナ素子41の構成例を示す平面図である。
図7は、垂直偏波アンテナ素子42の構成例を示す平面図である。
【0034】
水平偏波アンテナ素子41は、
図5及び
図6に示すように、誘電体基板410と、誘電体基板410の第1の主面410aに形成された素子内給電線路411と、誘電体基板410の第2の主面410bに形成された放射素子412とを有している。放射素子412は、素子内給電線路411に沿うように形成されて素子内給電線路411からの給電を受けている。
【0035】
素子内給電線路411は、第1のグランド板31に対して平行な方向に延びる第1の接続パターン411aと、第1の接続パターン411aの端部から第1のグランド板31側に向かって延びる第2の接続パターン411bとから構成されている。
【0036】
誘電体基板410には、第1のグランド板31に対して平行な方向の中央部に、第1のグランド板31とは反対側の端部から第1のグランド板31側に向かって第2の接続パターン411bに沿うように延びる切込部413が形成されている。本実施の形態では、切込部413は、その開口部側の幅が終端部側の幅よりも広く形成されている。
【0037】
切込部413は、
図6に示すように、第1の接続パターン411aを横切るように形成され、第1の接続パターン411aは、切込部413によって分断された部分が導体板411c(
図5に示す)によって接続されている。
【0038】
放射素子412は、
図6において破線で示すように、切込部413を中心として対称に形成され、第1のグランド板31に対して平行な方向に延びる放射素子パターン412aと、放射素子パターン412aの切込部413側の端部から切込部413の延伸方向に沿って延びる第2のバランパターン412bとから構成されている。
【0039】
垂直偏波アンテナ素子42は、
図5及び
図7に示すように、誘電体基板420と、誘電体基板420の第1の主面420aに形成された素子内給電線路421と、誘電体基板420の第2の主面420bに形成された放射素子422とを有している。放射素子422は、素子内給電線路421に沿うように形成されて素子内給電線路421からの給電を受けている。
【0040】
素子内給電線路421は、第1のグランド板31に対して平行な方向に延びる第1の接続パターン421aと、第1の接続パターン421aの端部から第1のグランド板31側に向かって延びる第2の接続パターン421bとから構成されている。
【0041】
誘電体基板420には、第1のグランド板31に対して平行な方向の中央部に、第1のグランド板31側の端部から第1の接続パターン421aに向かって第2の接続パターン421bに沿うように延びる切込部423と、互いに連通する大スリット部426a及び小スリット部426bを有するスリット426とが形成されている。
【0042】
本実施の形態では、切込部423は、その開口部側の幅が終端部側の幅よりも広く形成されている。スリット426は、切込部423の終端部側に配置され、スリット426の小スリット部426bは、切込部423側に配置されている。
【0043】
放射素子422は、
図7において破線で示すように、切込部423及びスリット426を中心として対称に形成され、第1のグランド板31に対して平行な方向に延びる放射素子パターン422aと、放射素子422aのスリット426側の端部から連続して切込部423及びスリット426に沿って延びるバランパターン422bとから構成されている。
【0044】
図5に示すように、アンテナ素子4は、水平偏波アンテナ素子41と垂直偏波アンテナ素子42とを、互いの切込部413,423で噛み合わせることによって組み立てられる。本実施の形態では、水平偏波アンテナ素子41と垂直偏波アンテナ素子42とは、直交して組み合わされている。
【0045】
水平偏波アンテナ素子41の切込部413を挟んで形成された第1の接続パターン411aは、水平偏波アンテナ素子41と垂直偏波アンテナ素子42とが組み合わされた状態において、垂直偏波アンテナ素子42の大スリット部426a内で導体板411cによって接続されている。
【0046】
(アンテナ素子4とトリプレート線路間の接地)
次に、アンテナ素子4とトリプレート線路との間における接地について
図8を参照して説明する。
【0047】
図8は、
図3における接地部7b及びその周辺部の拡大図である。なお、
図8では、
図3と同様に、第1のグランド板31の図示を省略している。
【0048】
アンテナ素子4の水平偏波アンテナ素子41及び垂直偏波アンテナ素子42は、それぞれ接地部7a,7b(
図3参照)を介して第1のグランド板31及び第2のグランド板32に接地されている。水平偏波アンテナ素子41と接地部7aとの接続構造、及び垂直偏波アンテナ素子42と接地部7bとの接続構造はそれぞれ同様であるため、垂直偏波アンテナ素子42と接地部7bとの接続構造を例にとって以下説明する。
【0049】
接地部7bは、垂直偏波アンテナ素子42の放射素子422と第1のグランド板31(図略)とを接続する導電部材としての放射素子接続金具71と、第1のグランド板31と第2のグランド板32とを接続するグランド板接続金具72と、放射素子接続金具71をグランド板接続金具72に固定するための固定金具73とを備えている。
【0050】
放射素子接続金具71は、板金をL字形状に屈曲してなり、垂直偏波アンテナ素子42の放射素子422に対して平行な方向に延びて放射素子422に接触する接触部71aと、接触部71aに対して垂直な方向に延出し、固定金具73が取り付けられる取付部71bと、接触部71aと取付部71bとの間を連結する連結部71cとを一体に有している。接触部71a及び取付部71bの幅方向の寸法は、例えば6mm程度である。なお、放射素子422と、この放射素子422に接触する接触部71aとは、例えば半田付け等により固定され、接地部7bにおける放射素子422と放射素子接続金具71の接触部71aとの電気的な接続を確実にしている。
【0051】
垂直偏波アンテナ素子42の放射素子422と放射素子接続金具71との接続部位は、その少なくとも一部が誘電体基板420の第1の主面420aにおける素子内給電線路421と誘電体基板420の厚さ方向に重なっている。換言すれば、誘電体基板420に対して垂直な方向から透視した場合に、放射素子422と接触部71aとの接触面は、その少なくとも一部が素子内給電線路421の第2の接続パターン421bに重なっている。
【0052】
グランド板接続金具72は、第1のグランド板31と第2のグランド板32との間に配置され、グランド板接続金具72の上面72a側は第1のグランド板31に接触し、グランド板接続金具72の下面72b側は第2のグランド板32に接触している。本実施の形態では、グランド板接続金具72は六角柱状であるが、これに限らず、例えば円柱状や四角柱状等でもよい。
【0053】
(接続ピン8及び絶縁部材9の構成)
次に、接続ピン8及び絶縁部材9の構成について、
図9乃至
図11を参照して説明する。
【0054】
図9は、垂直偏波アンテナ素子42と中心導体33との接続構造の一例を示す斜視図である。
図10は、垂直偏波アンテナ素子42と中心導体33とが接続ピン8を介して接続された状態を示す正面図である。
図11は、第1のグランド板31の貫通孔31a及びその周辺部を示す平面図である。
【0055】
水平偏波アンテナ素子41の素子内給電線路411と中心導体33、及び垂直偏波アンテナ素子42の素子内給電線路421と中心導体33は、接続部材としての接続ピン8によってそれぞれ電気的に接続されている。水平偏波アンテナ素子41と中心導体33との接続構造、及び垂直偏波アンテナ素子42と中心導体33との接続構造はそれぞれ同様であるため、以下の説明の中では垂直偏波アンテナ素子42と中心導体33との接続構造を例にとることとする。
【0056】
接続ピン8は、本実施の形態では、例えば銅等の合金から形成され、一辺が1mm程度の正方形からなる底面及び上面を有する正四角柱状である。接続ピン8は、その一端が、中心導体33の端部330に例えば半田付け等により接続され、他端が、素子内給電線路421の第2の接続パターン421bの端部に例えば半田付け等により接続されている。これにより、素子内給電線路421と中心導体33とが、接続ピン8を介して電気的に接続される。
【0057】
また、接続ピン8は、絶縁性を有する固定部材としての絶縁部材9によって第1のグランド板31に形成された貫通孔31aに固定されている。貫通孔31aは、本実施の形態では、直径が3mm程度の丸孔である。絶縁部材9は、例えばテフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂から形成されている。
【0058】
絶縁部材9は、
図9に示すように、貫通孔31aに挿入されて接続ピン8を固定する固定部91と、第1のグランド板31と中心導体33との間に挟まれた基部92とを一体に有している。
【0059】
固定部91は、第1のグランド板31の厚み方向の寸法と同じ寸法の高さ(中心軸方向の長さ)を有する円柱状に形成され、その中央には、中心軸に沿って接続ピン8が挿通される第1の挿通孔91aが設けられている。
【0060】
基部92は、第1のグランド板31と中心導体33との間の距離と同じ寸法の高さ(中心軸方向の長さ)を有する円柱状に形成され、その中央には、固定部91に形成された第1の挿通孔91aに連なって形成された第2の挿通孔92aが設けられている。
【0061】
本実施の形態では、
図10に示すように、基部92の直径D
1は、中心導体33の幅方向の寸法D
3と等しい(D
1=D
3)。また、
図11に示すように、基部92の直径D
1は、固定部91の直径D
2よりも大きく形成されている(D
1>D
2)。これにより、基部92は、貫通孔31aの外側周辺の第1のグランド板31と中心導体33との間に挟持される。
【0062】
接続ピン8は、一端が中心導体33に固定された状態で第1の挿通孔91a及び第2の挿通孔92aからなる挿通孔9aに挿通されて、貫通孔31aから素子内給電線路421の第2の接続パターン421bに沿うように延出している。そして、接続ピン8の他端、すなわち絶縁部材9から露出した部分が、素子内給電線路421の第2の接続パターン421bの端部に接続される。
【0063】
第1のグランド板31の貫通孔31a、接続ピン8、及び絶縁部材9は、それぞれ同軸上に配置された同軸構造を形成し、中心導体33(トリプレート線路)側の出力インピーダンスとアンテナ素子4側の入力インピーダンスとの整合(インピーダンスマッチング)が取られている。
【0064】
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態によれば、以下のような作用及び効果が得られる。
【0065】
(1)接続ピン8は、絶縁部材9によって第1のグランド板31の貫通孔31aに固定されているため、アンテナ素子4の素子内給電線路411,421と中心導体33との接続部分における同軸構造を安定して形成することができ、トリプレート線路とアンテナ素子4とのインピーダンスマッチングが安定する。これにより、素子内給電線路411,421と中心導体33との接続部分における高周波信号の伝送損失を低減することが可能である。
【0066】
(2)アンテナ素子4の素子内給電線路411,421と中心導体33とが、接続ピン8を介して電気的に接続されることにより、アンテナ素子4とトリプレート線路との間における接続構造の簡素化を図ることができる。これにより、同軸ケーブル等を用いた複雑な接続構造とした場合に比べて製造コストの低減につながる。
【0067】
(3)絶縁部材9は、第1のグランド板31と中心導体33との間に挟まれた基部92を有しているため、より安定した貫通孔31a、接続ピン8、及び絶縁部材9による同軸構造を形成することができる。
【0068】
(4)アンテナ素子4の放射素子412,422と放射素子接続金具71の接触部71aとの接続部位は、その少なくとも一部が誘電体基板410,420の第1の主面410a,420a側における素子内給電線路411,421と誘電体基板410,420の厚さ方向に重なっている。すなわち、素子内給電線路411,421と中心導体33との接続部分の近傍で接地をすることにより、高周波信号の伝送損失を低減することが可能である。
【0069】
(5)接続ピン8は、絶縁部材9の挿通孔9aに挿通されてアンテナ素子4の素子内給電線路411,421に半田付け等により接続されているため、組み立て作業及びアンテナ素子4の交換の作業等が容易である。
【0070】
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
【0071】
[1]誘電体基板(410,420)の第1の主面(410a,420a)に形成された素子内給電線路(411,421)、及び誘電体基板(410,420)の第2の主面(410b,420b)に形成された放射素子(412,422)を有し、放射素子(412,422)が素子内給電線路(411,421)に沿うように形成されて素子内給電線路(411,421)からの給電を受けるアンテナ素子(4)と、互いに平行な第1の外部導体(第1のグランド板31)及び第2の外部導体(第2のグランド板32)の間に中心導体(33)を配置して構成され、アンテナ素子(4)に励振電力を給電可能なトリプレート線路と、中心導体(33)と素子内給電線路(411,421)とを電気的に接続する接続部材(接続ピン8)とを備え、接続ピン(8)は、絶縁性を有する固定部材(絶縁部材9)によって第1のグランド板(31)に形成された貫通孔(31a)に固定されているアンテナ装置(1)。
【0072】
[2]絶縁部材(9)は、貫通孔(31a)に挿入されて接続ピン(8)を固定する固定部(91)と、第1のグランド板(31)と中心導体(33)との間に挟まれた基部(92)とを有している、[1]に記載のアンテナ装置(1)。
【0073】
[3]誘電体基板(410,420)の第2の主面(410b,420b)側における放射素子(412,422)と第1のグランド板(31)とは、導電部材(放射素子接続金具71)によって電気的に接続され、放射素子(412,422)と放射素子接続金具(71)との接続部位は、その少なくとも一部が第1の主面(410a,420a)側における素子内給電線路(411,421)と誘電体基板(410,420)の厚さ方向に重なっている、[1]又は[2]に記載のアンテナ装置(1)。
【0074】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【0075】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、水平偏波アンテナ素子41の誘電体基板410及び垂直偏波アンテナ素子42の誘電体基板420は、それぞれ矩形状を有していたが、これに限らず、アンテナ装置1の用途に応じて形状を変更することが可能である。
【0076】
また、アンテナ装置1は、携帯電話基地局用に限らず、様々な用途のアンテナ装置に本発明を適用することが可能である。
【0077】
また、アンテナ素子4の素子内給電線路411,421及び放射素子412,422の配線パターンについても特に制限はなく、アンテナ装置1の用途に応じて配線パターンを変更することが可能である。
【0078】
また、上記実施の形態では、絶縁部材9の基部92は、その直径が固定部91の直径よりも大きく形成されていたが、これに限らず、固定部91の直径と基部92の直径とが等しくてもよい。
【0079】
また、上記実施の形態では、絶縁部材9の固定部91及び基部92は、それぞれ円柱状を有していたが、これに限らず、例えば角柱状でもよく、その形状に特に制限はない。
【0080】
また、上記実施の形態では、接続ピン8は、正四角柱状を有していたが、これに限らず、例えば円柱状でもよく、その形状に特に制限はない。