特開 2024-122609 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122609

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/08 20060101AFI20240902BHJP

   H01P 5/12 20060101ALI20240902BHJP

   H01P 5/22 20060101ALI20240902BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/08

H01P5/12 G

H01P5/22 B

H01Q13/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030251

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】000100746

【氏名又は名称】アイコム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼岡 俊男

(72)【発明者】

【氏名】西川 延良

【テーマコード（参考）】

5J021

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J021AA02

5J021AA07

5J021AA09

5J021AA11

5J021AB06

5J021CA03

5J021FA32

5J021JA02

5J021JA05

5J021JA06

5J045AA02

5J045CA02

5J045CA03

5J045CA04

5J045DA10

5J045FA02

5J045HA03

5J045JA12

5J045JA15

(57)【要約】

【課題】高周波数帯における広帯域のアンテナ装置を実現する。
【解決手段】アンテナ装置（１００）は、誘電体基板（４）と、アンテナ素子（１，２）と、アンテナ素子（１，２）への給電の位相差が１８０°となるように、アンテナ素子（１，２）に給電する給電回路（３）と、を備える。給電回路（３）は、入力信号を９０°の位相差を有する第１信号と第２信号とに分配する９０°ハイブリッド回路（３０）と、第１信号を９０°の位相差を有する２つの第１位相差信号に分配する９０°ハイブリッド回路（３１）と、第２信号を９０°の位相差を有する２つの第２位相差信号に分配する９０°ハイブリッド回路（３２）と、を有する。アンテナ素子（１，２）の間隔は、アンテナ素子（１，２）により放射される電波の波長の１／４の８３％以上、かつ当該波長の１／４未満である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体基板と、
前記誘電体基板上に設けられた第１放射素子および第２放射素子と、
前記第１放射素子および前記第２放射素子への給電の位相差が１８０°となるように、前記第１放射素子および前記第２放射素子に給電する、前記誘電体基板上に設けられた給電回路と、を備え、
前記第１放射素子と前記第２放射素子との間隔は、前記第１放射素子および前記第２放射素子により放射される電波の波長の１／４の８３％以上、かつ当該波長の１／４未満であり、
前記給電回路は、
入力信号を９０°の位相差を有する第１信号と第２信号とに分配する入力分配回路と、
前記第１信号を９０°の位相差を有する２つの第１位相差信号に分配する第１分配回路と、
前記第２信号を９０°の位相差を有する２つの第２位相差信号に分配する第２分配回路と、を有し、
前記第１位相差信号を前記第１放射素子の２つの第１給電点に入力し、前記第２位相差信号を前記第２放射素子の２つの第２給電点に入力する、アンテナ装置。

【請求項2】

前記入力分配回路、前記第１分配回路および前記第２分配回路が９０°ハイブリッド回路である、請求項１に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１および２には、複数の平面型のアンテナ素子が誘電体基板上に設けられたアンテナ装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１７８１７５号公報

【特許文献2】特許第５３０６１５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記のようなアンテナ装置によって５ＧＨｚというような高周波数帯の電波の送受信が困難であった。このため、高周波数帯では、広帯域のアンテナ装置が実現されていない。

【0005】

本発明の一態様は、高周波数帯における広帯域のアンテナ装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るアンテナ装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板上に設けられた第１放射素子および第２放射素子と、前記第１放射素子および前記第２放射素子への給電の位相差が１８０°となるように、前記第１放射素子および前記第２放射素子に給電する、前記誘電体基板上に設けられた給電回路と、を備え、前記第１放射素子と前記第２放射素子との間隔が、前記第１放射素子および前記第２放射素子により放射される電波の波長の１／４の８３％以上、かつ当該波長の１／４未満であり、前記給電回路は、入力信号を９０°の位相差を有する第１信号と第２信号とに分配する入力分配回路と、前記第１信号を９０°の位相差を有する２つの第１位相差信号に分配する第１分配回路と、前記第２信号を９０°の位相差を有する２つの第２位相差信号に分配する第２分配回路と、を有し、前記第１位相差信号を前記第１放射素子の２つの第１給電点に入力し、前記第２位相差信号を前記第２放射素子の２つの第２給電点に入力する。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、高周波数帯における広帯域のアンテナ装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図2】上記アンテナ装置の構成を示す側面図である。

【図3】上記アンテナ装置の電圧定在波比の特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、図１～図３を参照して説明する。

【0010】

図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１００の構成を示す平面図である。図２は、アンテナ装置の構成を示す側面図である。

【0011】

〈アンテナ装置の構成〉
図１および図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、アンテナ素子１（第１放射素子）と、アンテナ素子２（第２放射素子）と、給電回路３と、誘電体基板４と、地導体板５とを備えている。矩形を成す誘電体基板４の表面には、それぞれ平面導体からなるアンテナ素子１，２と、給電回路３とが設けられている。また、誘電体基板４の裏面の全面には、一様に形成された平面導体から成る地導体板５が設けられている。

【0012】

アンテナ素子１，２は、正方形を成しており、アンテナ素子１，２が放射する電波の波長λの１／４（λ／４）の電気長を有する平面状の放射素子である。アンテナ素子１，２は、地導体板５と同じく導体薄板によって形成されている。アンテナ素子１，２は、誘電体基板４の図１に示す横方向の一方の側端縁の付近に配置されている。アンテナ素子１，２は、図１において横方向と誘電体基板４の面上で直交する縦方向の側端縁で向き合っている。アンテナ素子１，２は、相互の間隔、より具体的には、上記の向き合う側端縁の間の間隔Ｄが、λ／４の８３％以上、かつλ／４未満であるように配置されている。

【0013】

アンテナ素子１は、２つの給電点Ｆ１１，Ｆ１２（第１給電点）を有している。給電点Ｆ１１は、アンテナ素子１における、上述した誘電体基板４の一方の側端縁から遠い側の、横方向の側端縁の中央に設けられている。給電点Ｆ１２は、アンテナ素子１における、アンテナ素子２と向き合う側端縁と平行な他方の側端縁の中央に設けられている。

【0014】

アンテナ素子１は、給電点Ｆ１１に縦方向から給電されるとともに、給電点Ｆ１２に横方向から給電される。これにより、アンテナ素子１は、矢印Ａ１，Ａ２方向（縦方向）の偏波と、矢印Ｂ１，Ｂ２方向（横方向）の偏波（円偏波など）とを励振する。

【0015】

アンテナ素子２は、２つの給電点Ｆ２１，Ｆ２２（第２給電点）を有している。給電点Ｆ２１は、アンテナ素子２における、上述した誘電体基板４の一方の側端縁から遠い側の、横方向の側端縁の中央に設けられている。給電点Ｆ２２は、アンテナ素子２における、アンテナ素子１と向き合う側端縁と平行な他方の側端縁の中央に設けられている。

【0016】

アンテナ素子２は、給電点Ｆ２１に縦方向から給電されるとともに、給電点Ｆ２２に横方向から給電される。これにより、アンテナ素子２は、アンテナ素子１と同様な２つの偏波を励振する。

【0017】

給電回路３は、地導体板５と同じく、導体薄板によって形成されている。給電回路３は、アンテナ素子１，２への給電の位相差が１８０°となるようにアンテナ素子１，２に給電する。給電回路３は、分配回路として、９０°ハイブリッド回路３０（入力分配回路）と、９０°ハイブリッド回路３１（第１分配回路）と、９０°ハイブリッド回路３２（第２分配回路）とを有している。また、給電回路３は、給電端部３３と、伝送線路３４～３９とを有している。

【0018】

給電端部３３は、外部から給電される部分であり、図示しない同軸ケーブルが接続される。誘電体基板４の図１に示す横方向の他方の側端縁から縦方向に伸びるように形成されている。

【0019】

９０°ハイブリッド回路３０は、給電端部３３から入力される入力信号を９０°の位相差を有する第１信号と第２信号とに分配する回路である。９０°ハイブリッド回路３０は、λ／４の電気長を有する４本の位相遅延線３０ａ～３０ｄが矩形を形成するように接続されている回路である。位相遅延線３０ｂ，３０ｄは、特性インピーダンスＺ０を有し、位相遅延線３０ａ，３０ｃは、インピーダンスＺｒ（Ｚｒ＝Ｚ０／√２）を有する。

【0020】

９０°ハイブリッド回路３０は、入力ポートＰ０と、出力ポートＰ０１，Ｐ０２とを有している。入力ポートＰ０は、位相遅延線３０ａ，３０ｄの接続点であり、給電端部３３に接続されている。出力ポートＰ０１は、位相遅延線３０ａ，３０ｂの接続点であり、出力ポートＰ０２は、位相遅延線３０ｂ，３０ｃの接続点である。

【0021】

９０°ハイブリッド回路３０は、出力ポートＰ０１から、入力ポートＰ０に入力される入力信号に対して９０°位相が遅れた第１信号を出力する。また、９０°ハイブリッド回路３０は、出力ポートＰ０２から、第１信号に対して９０°位相が遅れた第２信号を出力する。

【0022】

９０°ハイブリッド回路３１は、９０°ハイブリッド回路３０の出力ポートＰ０１から出力される第１信号を９０°の位相差を有する２つの第１位相差信号に分配する回路である。９０°ハイブリッド回路３１は、λ／４の電気長を有する４本の位相遅延線３１ａ～３１ｄが矩形を形成するように接続されている回路である。位相遅延線３１ｂ，３１ｄは、特性インピーダンスＺ０を有し、位相遅延線３１ａ，３１ｃは、インピーダンスＺｒ（Ｚｒ＝Ｚ０／√２）を有する。

【0023】

９０°ハイブリッド回路３１は、入力ポートＰ３１０と、出力ポートＰ３１１，Ｐ３１２とを有している。入力ポートＰ３１０は、位相遅延線３１ａ，３１ｄの接続点である。出力ポートＰ３１１は、位相遅延線３１ａ，３１ｂの接続点であり、出力ポートＰ３１２は、位相遅延線３１ｂ，３１ｃの接続点である。

【0024】

９０°ハイブリッド回路３１は、出力ポートＰ３１１から、入力ポートＰ３１０に入力される第１信号に対して９０°位相が遅れた第１遅延信号を出力する。また、９０°ハイブリッド回路３１は、出力ポートＰ３１２から、第１遅延信号に対して９０°位相が遅れた第２遅延信号を出力する。９０°ハイブリッド回路３１における第１遅延信号および第２遅延信号は、それぞれ第１位相差信号を構成している。

【0025】

９０°ハイブリッド回路３２は、９０°ハイブリッド回路３０の出力ポートＰ０２から出力される第２信号を９０°の位相差を有する２つの第２位相差信号に分配する回路である。９０°ハイブリッド回路３２は、λ／４の電気長を有する４本の位相遅延線３２ａ～３２ｄが矩形を形成するように接続されている回路である。位相遅延線３２ｂ，３２ｄは、特性インピーダンスＺ０を有し、位相遅延線３２ａ，３２ｃは、インピーダンスＺｒ（Ｚｒ＝Ｚ０／√２）を有する。

【0026】

９０°ハイブリッド回路３２は、入力ポートＰ３２０と、出力ポートＰ３２１，Ｐ３２２とを有している。入力ポートＰ３２０は、位相遅延線３２ａ，３２ｄの接続点である。出力ポートＰ３２１は、位相遅延線３２ａ，３２ｂの接続点であり、出力ポートＰ３２２は、位相遅延線３２ｂ，３２ｃの接続点である。

【0027】

９０°ハイブリッド回路３２は、出力ポートＰ３２１から、入力ポートＰ３２０に入力される第２信号に対して９０°位相が遅れた第１遅延信号を出力する。また、９０°ハイブリッド回路３０は、出力ポートＰ３２２から、第１遅延信号に対して９０°位相が遅れた第２遅延信号を出力する。９０°ハイブリッド回路３２における第１遅延信号および第２遅延信号は、それぞれ第２位相差信号を構成している。

【0028】

伝送線路３４は、９０°ハイブリッド回路３０の出力ポートＰ０１と９０°ハイブリッド回路３１の入力ポートＰ３１０とを接続する。伝送線路３５は、９０°ハイブリッド回路３０の出力ポートＰ０２と９０°ハイブリッド回路３２の入力ポートＰ３２０とを接続する。伝送線路３４，３５は、同じ長さを有している。

【0029】

伝送線路３６は、９０°ハイブリッド回路３１の出力ポートＰ３１１とアンテナ素子１の給電点Ｆ１１とを接続する。伝送線路３６は、アンテナ素子１の給電点Ｆ１１に上述した縦方向から給電するように縦方向を向く部分を有している。伝送線路３７は、９０°ハイブリッド回路３１の出力ポートＰ３１２とアンテナ素子１の給電点Ｆ１２とを接続する。伝送線路３７は、アンテナ素子１の給電点Ｆ１２に上述した横方向から給電するように横方向を向く部分を有している。伝送線路３６，３７は、同じ長さを有している。

【0030】

伝送線路３８は、９０°ハイブリッド回路３２の出力ポートＰ３２１とアンテナ素子２の給電点Ｆ２１とを接続する。伝送線路３８は、アンテナ素子２の給電点Ｆ２１に上述した縦方向から給電するように縦方向を向く部分を有している。伝送線路３９は、９０°ハイブリッド回路３２の出力ポートＰ３２２とアンテナ素子２の給電点Ｆ２２とを接続する。伝送線路３９は、アンテナ素子２の給電点Ｆ２２に上述した横方向から給電するように横方向を向く部分を有している。伝送線路３８，３９は、同じ長さを有している。

【0031】

給電回路３において、９０°ハイブリッド回路３０の出力ポートＰ０１からアンテナ素子１の給電点Ｆ１１，Ｆ１２に至る経路と、９０°ハイブリッド回路３０の出力ポートＰ０２からアンテナ素子２の給電点Ｆ２１，Ｆ２２に至る経路とは、同じ長さとなるように形成されている。

【0032】

〈アンテナ装置による効果〉
図３は、アンテナ装置１００の電圧定在波比の特性を示すグラフである。図３は、図１に示すアンテナ装置１００についてのシミュレーションの電圧定在波比の特性を示している。

【0033】

上記のように構成されるアンテナ装置１００は、特に、アンテナ素子１，２と、給電回路３とを備えることに特徴がある。アンテナ素子１，２の間隔Ｄは、λ／４の８３％以上、かつ当λ／４未満である。給電回路３は、アンテナ素子１，２への給電の位相差が１８０°となるようにアンテナ素子１，２に給電するように、給電回路３は、９０°ハイブリッド回路３０～３２を有している。９０°ハイブリッド回路３０は、入力信号を９０°の位相差を有する第１信号および第２信号に分配する。９０°ハイブリッド回路３１は、第１信号を９０°の位相差を有する２つの第１位相差信号に分配して、アンテナ素子１に与える。９０°ハイブリッド回路３２は、第２信号を９０°の位相差を有する２つの第２位相差信号に分配して、アンテナ素子２に与える。

【0034】

上記の構成では、アンテナ素子１，２の間隔Ｄが上記の範囲であると、アンテナ素子１，２間に弱い相互結合が生じて、影響を及ぼし合うようになる。これにより、図３に示すように、電圧定在波比（ＶＳＷＲ；Voltage Standing Wave Ratio）の２つの最低値についての周波数の間隔が広がる。それゆえ、帯域を広げることができる。

【0035】

具体的には、ＶＳＷＲが１．２に達する周波数の範囲については、が５．３ＧＨｚおよび５．８３ＧＨｚの間の約５００ＭＨｚという広い帯域を確保することができる。また、実用上の帯域として使用される、ＶＳＷＲが１．５以下となる周波数の範囲については、５．１ＧＨｚおよび６ＧＨｚの間の約９００ＭＨｚという広い帯域を確保することができる。このように、アンテナ装置１００によれば、５ＧＨｚというような高周波数帯の電波の送受信を可能にすることができる。

【0036】

本発明の発明者は、アンテナ素子１，２の間隔Ｄを上記の範囲で適宜変更し、アンテナ素子１，２への給電を給電回路３により上述したように行うことにより、上記のシミュレーションに示すように、広帯域を確保できることがわかった。また、実際に作製したアンテナ装置１００によっても、広帯域を確保することが確かめられた。

【0037】

また、アンテナ装置１００において、給電回路３は、信号を２つに分配するために、９０°ハイブリッド回路３０～３２を用いている。これにより、アンテナ素子１，２への給電の位相差を容易に設けることができる。

【0038】

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。また、実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0039】

１ アンテナ素子（第１放射素子）
２ アンテナ素子（第２放射素子）
３ 給電回路
４ 誘電体基板
３０ ９０°ハイブリッド回路（入力分配回路）
３１ ９０°ハイブリッド回路（第１分配回路）
３２ ９０°ハイブリッド回路（第２分配回路）
Ｄ 間隔
Ｆ１１，Ｆ１２（第１給電点）
Ｆ１２，Ｆ２２（第２給電点）

【図1】

【図2】

【図3】