特開 2024-175938 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】P2024175938

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/24 20060101AFI20241212BHJP

   H01Q 9/16 20060101ALI20241212BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/24

H01Q9/16

H01Q1/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094049

(22)【出願日】2023-06-07

(71)【出願人】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】中川 雄太

(72)【発明者】

【氏名】松下 健治

(72)【発明者】

【氏名】國方 翔太

(72)【発明者】

【氏名】古橋 杏子

【テーマコード（参考）】

5J020

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J020BC02

5J020DA03

5J020DA04

5J046AA04

5J046AB07

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で、アンテナの指向性を容易に変更することが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１０は、電波の指向性を変化させるアンテナ装置１０であって、第１の基板１００と、第１の基板１００に設けられ、給電により電波を放射する給電素子１１０と、を備える。また、アンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、第１の基板１００の基板平面に対し、平行となるように設けられた第２の基板２００と、第２の基板２００に設けられ、導波器として動作する無給電素子２１０と、を備える。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電波の指向性を変化させるアンテナ装置であって、
第１の基板と、
前記第１の基板に設けられ、給電により前記電波を放射する給電素子と、
前記給電素子から放射される前記電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、前記第１の基板の基板平面に対し、平行となるように設けられた第２の基板と、
前記第２の基板に設けられ、導波器として動作する無給電素子と、を備えるアンテナ装置。

【請求項2】

前記第１の基板と、前記第２の基板とは、支持アームによって接続され、
前記支持アームを駆動させることで、前記給電素子と、前記無給電素子とによって定まる前記放射方向を変化させる、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記支持アームの前記第１の基板側に、前記支持アームを駆動させるためのモーターを備える、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記支持アームは、長手方向に伸縮するように構成される、請求項２又は３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記給電素子から放射される前記電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、前記第１の基板の基板平面及び前記第２の基板の基板平面に対し、平行となるように設けられた第３の基板と、
前記第３の基板に設けられ、導波器として動作する他の無給電素子と、をさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

電波の指向性を変化させるアンテナ装置であって、
第１の基板と、
前記第１の基板に設けられ、給電により前記電波を放射する給電素子と、
前記給電素子から放射される前記電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置する半円筒形状の支持治具と、
前記支持治具に沿うように配置された第２の基板と、
前記第２の基板に設けられ、導波器として動作する無給電素子と、
を備えるアンテナ装置。

【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】

従来、アンテナの指向性を変更させるための装置が提案されている。特許文献１には、導波器、反射器、及び放射器を備えるアンテナ装置が開示されている。特許文献１に開示されたアンテナ装置は、所定の間隔で平行に配置された導波器－放射器－反射器が、２．４ＧＨｚの信号に対して強い指向性を示す配置と、アンテナ装置が無指向性アンテナとして機能する配置とを、切り替えて使用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５－２６９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示されたアンテナ装置は、無給電素子として、導波器及び反射器を用いる。一般的に反射器は、一次放射器に対して電波を放射したい方向とは反対となる方向に設定させる必要がある。そのため、特許文献１に開示されたアンテナ装置は、反射器を設置する空間を確保する必要がある。

【0005】

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、簡易な構成で、アンテナの指向性を容易に変更することが可能なアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様に係るアンテナ装置は、電波の指向性を変化させるアンテナ装置であって、第１の基板と、第１の基板に設けられ、給電により電波を放射する給電素子と、給電素子から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、第１の基板の基板平面に対し、平行となるように設けられた第２の基板と、第２の基板に設けられ、導波器として動作する無給電素子と、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、簡易な構成で、アンテナの指向性を容易に変更することが可能なアンテナ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図1B】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図2A】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図2B】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図3】本実施形態に係るアンテナ装置の放射パターンについて説明するための図である。

【図4】本実施形態に係るアンテナ装置の第２の基板の移動軌道について説明するための図である。

【図5】本実施形態に係るアンテナ装置における第２の基板の位置変化時の放射パターンについて説明するための図である。

【図6】本実施形態に係るアンテナ装置における第２の基板の位置別の最大放射方向の指向性利得について説明するための図である。

【図7】他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図8A】他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図8B】他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【図9】他の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を用いて本実施形態に係るアンテナ装置１０について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

【0010】

図１Ａは、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。本実施形態に係るアンテナ装置１０は、放射する電波の指向性を変化させるための装置である。

【0011】

図１Ａに示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、第１の基板１００と、第１の基板１００に設けられ、給電により電波を放射する給電素子１１０と、を備える。また、アンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、第１の基板１００の基板平面に対し、平行となるように設けられた第２の基板２００を備える。さらに、アンテナ装置１０は、第２の基板２００に設けられ、導波器として動作する無給電素子２１０と、を備える。

【0012】

本実施形態において、第１の基板１００及び第２の基板２００は、誘電体基板であるプリント基板により構成される。また、本実施形態において給電素子１１０は、周波数ｆにおいて半波長ダイポールアンテナとして動作する電気長を有する。さらに、無給電素子２１０は、長手方向において給電素子１１０より、素子長がわずかに短く、導波器として動作する。

【0013】

なお、図１Ａに示す例において、給電素子１１０及び無給電素子２１０の長手方向をＸ方向として定め、給電素子１１０及び無給電素子２１０の短手方向をＹ軸方向として定める。すなわち、第１の基板１００の基板平面は、図１Ａに示す例において、ＸＹ平面に形成される。同様に、第２の基板２００の基板平面は、図１Ａに示す例において、ＸＹ平面に形成される。また、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ軸方向として定める。すなわち、図１Ａに示す例においては、第１の基板１００と、第２の基板２００とが、Ｚ軸方向に所定の距離を有して重なり、ＸＹ平面で平行となる位置にそれぞれ設けられる。なお、所定の距離は、例えば、０．１５９λであってもよい（図１Ｂ参照）。

【0014】

なお、図１Ａに示す例において、第１の基板１００の長手方向の長さは、０．４５５λであり、第２の基板２００の長手方向に長さは、０．４５λである場合の例を示している。なお、λは、周波数ｆの電波に対する真空中の波長を示す。

【0015】

すなわち、図１Ａに示す例において、第２の基板２００の方が、長手方向において、０．００５λだけ短い構成となる。なお、第１の基板１００及び第２の基板２００の短手方向の長さは、ともに０．１５λであるとする。

【0016】

また、図１Ａに示す例において、給電素子１１０の長手方向の長さは、０．３０５λであり、無給電素子２１０の長手方向の長さは、０．３λである場合の例を示している。すなわち、図１Ａに示す例においては、無給電素子２１０の方が、長手方向において、０．００５λだけ（わずかに）短い構成となる。

【0017】

図１Ｂは、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。図１Ｂに示す例においては、図１Ａに示すアンテナ装置１０をＹＺ平面として、横から見た場合の例を示す。図１Ａに示すように、アンテナ装置１０の給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離が、０．１５９λである場合の例を示している。

【0018】

なお、給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離は、約０．２５λが一般的な距離であるとされている。図１Ａ、図１Ｂに示す構成においては、第１の基板１００及び第２の基板２００として誘電体基板を使用しているため、波長短絡効果により０．２５λより短い距離である０．１５９λの場合の例が示されている。

【0019】

図２Ａは、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。図２Ａに示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０において、第１の基板１００と、第２の基板２００とは、支持アーム４００によって接続される。本実施形態に係るアンテナ装置１０は、支持アーム４００を駆動させることで、給電素子１１０と、無給電素子２１０とによって定まる放射方向を変化させる。

【0020】

なお、支持アーム４００の駆動は、例えば、支持アーム４００の第１の基板１００側に、支持アーム４００を駆動させるためのモーター５００を設けることにより実現される。

【0021】

図２Ｂは、本実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図であて、図２Ａに示す構成において、モーター５００により、支持アーム４００を駆動し、Ｙ軸方向に第２の基板２００を移動させた場合の例を示している。すなわち、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離を維持しつつ、指向性を変更することが可能となる。

【0022】

図３は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の放射パターンについて説明するための図である。図３に示す例においては、図１Ａ及び図１Ｂに示す構成において、周波数ｆ＝２８ＧＨｚの波長でモデル化したアンテナ装置１０の指向性利得の放射パターンの例を示す。図３に示す例においては、実線は、第２の基板２００（基板２）を有さない場合のアンテナの放射パターンを示し、破線は、本実施形態に係るアンテナ装置１０において第２の基板２００（基板２）を有する場合の放射パターンを示す。

【0023】

図３に示すように、第２の基板２００を設置しない状態の放射パターンは、無指向性であるが、図１Ｂに示すようにＺ軸方向に第２の基板２００を配置することで、放射パターンがＺ軸方向へ放射が増加する。例えば、図３に示す例において、Ｚ軸方向への利得は、第２の基板２００を有さない構成においては、１．９ｄＢとなり、第２の基板２００を有する構成においては、５．３ｄＢとなり、第２の基板２００を有する構成の方が利得は大きくなる。

【0024】

図４は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の第２の基板２００の移動軌道について説明するための図である。なお、図４に示す例において、Ｙ軸の負方向（マイナス方向）からＺ軸方向への角度を角度θとして定める。

【0025】

図５は、本実施形態に係るアンテナ装置１０における第２の基板２００の位置変化時の放射パターンについて説明するための図である。図５に示す例においては、図４の角度θが０、３０、６０、及び９０（ｄｅｇ．）である場合の例を示している。図５に示すように、放射パターンの最大放射方向は、第２の基板２００の角度θと同じ方向に変化することがわかる。

【0026】

図６は、本実施形態に係るアンテナ装置１０における第２の基板２００の位置別の最大放射方向の指向性利得について説明するための図である。図６に示す例においては、横軸に第２の基板２００の位置を設定し、縦軸に最大放射方向の指向性利得を示している。図６に示すように、第２の基板２００の位置変化で指向性を変化させても、指向性利得に大きな影響は発生しないことがわかる。すなわち、第２の基板２００の位置変化において、指向性利得を維持しつつ、適切に電波の指向性を変化させることが可能となる。

【0027】

上述の通り、本実施形態に係るアンテナ装置１０は、電波の指向性を変化させるアンテナ装置１０であって、第１の基板１００と、第１の基板１００に設けられ、給電により電波を放射する給電素子１１０と、を備える。また、アンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、第１の基板１００の基板平面に対し、平行となるように設けられた第２の基板２００を備える。さらに、アンテナ装置１０は、第２の基板２００に設けられ、導波器として動作する無給電素子２１０、を備える。

【0028】

これにより、アンテナ装置１０は、簡易な構成で、アンテナの指向性を容易に変更することが可能な装置を実現することができる。

【0029】

また、アンテナ装置１０の第１の基板１００と、第２の基板２００とは、支持アーム４００によって接続されてもよい。アンテナ装置１０は、支持アーム４００を駆動させることで、給電素子１１０と、無給電素子２１０とによって定まる放射方向を変化させてもよい。これにより、アンテナ装置１０は、給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離を維持しつつ、指向性を変更することが可能となる。

【0030】

また、アンテナ装置１０は、支持アーム４００の第１の基板１００側に、支持アーム４００を駆動させるためのモーター５００を備えてもよい。これにより、アンテナ装置１０は、給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離を維持しつつ、より正確に指向性を変更することが可能となる。

【0031】

（他の実施形態）
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【0032】

上述の実施形態において、無給電素子２１０が設けられる基板が１枚である場合の例を示したが、この構成は、実施形態の構成を限定するものではない。図７は、他の実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。図７に示すように、アンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、第１の基板１００の基板平面及び第２の基板２００の基板平面に対し、平行となるように設けられた第３の基板３００を備える。また、図７に示すアンテナ装置１０は、第３の基板３００に設けられ、導波器として動作する他の無給電素子３１０と、をさらに備える。ここで所定の距離は、例えば、図１Ｂに示す例と同様に、０．１５９λであってもよい。これにより、アンテナ装置１０は、より指向性を高めることが可能となる。

【0033】

また、上述の実施形態においては、支持アーム４００がモーター５００により駆動され、給電素子１１０を中心とする半円上を、第２の基板２００が移動する構成を示した。この支持アーム４００と、モーター５００による第２の基板２００の移動形態は、実施形態の構成を限定するものではない。例えば、Ｙ軸方向に設けられた移動軸６００に沿って、支持アーム４００が移動しつつ、支持アーム４００がモーター５００により、伸縮可能とする構成としてもよい。図８Ａ及び図８Ｂは、他の実施形態に係るアンテナ装置１０の構成を示す図である。図８Ａ及び図８Ｂに示す例においては、支持アーム４００は、長手方向に伸縮するように構成される。これにより、第２の基板２００の移動において、より安定したアンテナ装置１０を実現することが可能となる。また、図８Ａ及び図８Ｂに示す構成においては、移動軸６００が給電素子１１０を中心として、ＸＹ平面上を回転させることを可能とする構成としてもより。これにより、アンテナ装置１０は、無給電素子２１０を、給電素子１１０からの電波の放射方向であって、半球面上の適切な位置に配置することが可能となる。

【0034】

また、上述の実施形態においては、平面形状の第２の基板２００に無給電素子２１０が設けられる構成を示した。例えば、図９に示すように、巻取機構７１０により、第２の基板２００を巻き取ることで、支持治具７００の上を、曲げることが可能なＦＰＣ（フレキシブル基板）等で形成された第２の基板２００を移動させる構成としてもよい。すなわち、図９に示す構成においては、第２の基板２００が支持治具７００に沿うように配置されている。また、支持治具７００は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置する半円筒形状の治具である。これにより、アンテナ装置１０は、第２の基板２００の位置を安定させつつ、無給電素子２１０の位置を正確に設定することが可能となる。なお、所定の距離は、例えば、図１Ｂに示す例と同様に、０．１５９λであってもよい。

【0035】

以下に、アンテナ装置１０の特徴について記載する。

【0036】

第１の態様に係るアンテナ装置１０は、電波の指向性を変化させるアンテナ装置１０であって、第１の基板１００と、第１の基板１００に設けられ、給電により電波を放射する給電素子１１０と、を備える。また、アンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置し、第１の基板１００の基板平面に対し、平行となるように設けられた第２の基板２００を備える。さらに、アンテナ装置１０は、第２の基板２００に設けられ、導波器として動作する無給電素子２１０と、を備える。

【0037】

上記構成によれば、アンテナ装置１０は、簡易な構成で、アンテナの指向性を容易に変更することが可能な装置を実現することができる。

【0038】

第２の態様に係るアンテナ装置１０の第１の基板１００と、第２の基板２００とは、支持アーム４００によって接続されてもよい。アンテナ装置１０は、支持アーム４００を駆動させることで、給電素子１１０と、無給電素子２１０とによって定まる放射方向を変化させてもよい。

【0039】

上記構成によれば、アンテナ装置１０は、給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離を維持しつつ、指向性を変更することが可能となる。

【0040】

第３の態様に係るアンテナ装置１０は、支持アーム４００の第１の基板１００側に、支持アーム４００を駆動させるためのモーター５００を備えてもよい。

【0041】

上記構成によれば、アンテナ装置１０は、給電素子１１０と、無給電素子２１０との距離を維持しつつ、より正確に指向性を変更することが可能となる。

【0042】

第４の態様に係るアンテナ装置１０の支持アーム４００は、長手方向に伸縮するように構成されてもよい。

【0043】

上記構成によれば、アンテナ装置１０は、第２の基板２００の移動において、より安定したアンテナ装置１０を実現することが可能となる。

【0044】

第５の態様に係るアンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に位置し、第１の基板１００の基板平面及び第２の基板２００の基板平面に対し、平行となるように設けられた第３の基板３００を備えてもよい。また、アンテナ装置１０は、第３の基板３００に設けられ、導波器として動作する他の無給電素子３１０、をさらに備えてもよい。

【0045】

上記構成によれば、アンテナ装置１０は、より指向性を高めることが可能となる。

【0046】

第６の態様に係るアンテナ装置１０は、電波の指向性を変化させるアンテナ装置１０であって、第１の基板１００と、第１の基板１００に設けられ、給電により電波を放射する給電素子１１０と、を備える。また、アンテナ装置１０は、給電素子１１０から放射される電波の放射方向に所定の距離だけ離れた場所に位置する半円筒形状の支持治具７００を備える。また、アンテナ装置１０は、支持治具７００に沿うように配置された第２の基板２００と、第２の基板２００に設けられ、導波器として動作する無給電素子２１０と、を備える。

【0047】

上記構成によれば、アンテナ装置１０は、第２の基板２００の位置を安定させつつ、無給電素子２１０の位置を正確に設定することが可能となる。

【符号の説明】

【0048】

１０ アンテナ装置
１００ 第１の基板
１１０ 給電素子
２００ 第２の基板
２１０、３１０ 無給電素子
３００ 第３の基板
４００ 支持アーム
４１０ 伸縮式支持アーム
５００ モーター
６００ 移動軸
７００ 支持治具
７１０ 巻取機構

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】