特許 7500926 位相差給電アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-10

(45)【発行日】2024-06-18

(54)【発明の名称】位相差給電アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/16 20060101AFI20240611BHJP

   H01Q 19/26 20060101ALI20240611BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20240611BHJP

【ＦＩ】

H01Q9/16

H01Q19/26

H01Q21/08

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019131190

(22)【出願日】2019-07-16

(65)【公開番号】P2021016135

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2022-07-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】518162175

【氏名又は名称】関 智弘

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】福園 隼人

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 正文

(72)【発明者】

【氏名】立田 努

(72)【発明者】

【氏名】中村 宏之

(72)【発明者】

【氏名】関 智弘

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０３６８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３５２６５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０２５８１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２６６１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ９／１６

Ｈ０１Ｑ １９／２６

Ｈ０１Ｑ ２１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１給電素子、第２給電素子、無給電素子の順に配置し、第１給電素子および第２給電素子に所定の位相差で給電する位相差給電アンテナ装置において、
送受信する電磁波の自由空間波長をλとしたときに、前記第１給電素子と前記第２給電素子との間隔をλ／８とし、前記第２給電素子と前記無給電素子との間隔を3λ／40とし、前記第１給電素子、前記第２給電素子、前記無給電素子の各両端に延長コイルを装着し、前記第１給電素子のアンテナ素子長を該延長コイルを含めてλ／２から30％～40％短縮し、前記第２給電素子のアンテナ素子長を前記第１給電素子と同率で短縮し、前記第１給電素子に対する前記第２給電素子の給電位相差を80度～140度に設定し、反射特性および放射指向特性に応じて前記無給電素子の素子長を前記第２給電素子のアンテナ素子長に対して短く設定する構成であり、前記第２給電素子のアンテナ素子長が、前記第１給電素子のアンテナ素子長に対して短い構成である
ことを特徴とする位相差給電アンテナ装置。

【請求項2】

請求項１に記載の位相差給電アンテナ装置において、
比誘電率２～３の誘電体基板上に配置した線路により、前記80度～140度の給電位相差をつけて前記第１給電素子と前記第２給電素子に給電する構成である
ことを特徴とする位相差給電アンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３素子で高利得の位相差給電アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図５は、従来の位相差給電アンテナ装置の構成例を示す（非特許文献１）。
図５において、位相差給電アンテナ装置は、第１給電素子１１－１、第２給電素子１１－２、無給電素子１２により構成される。２本の給電素子の間隔はλ／８（λ：自由空間波長）であり、２素子に位相差 180度で給電する構成である。給電位相差 180度を実現するには、２対の平行フィーダ１３－１，１３－２を給電素子に接続する際に線路を交差させることで位相を反転させる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック（第２版）」、10.14.6 位相差給電アンテナ、p.681 （平成20年７月25日）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

位相差給電アンテナ装置の給電部は、平行フィーダを用いることにより簡易に実現可能な構成であるが、平行フィーダを用いて線路を交差させる構成は接続部を不安定にさせ、経年劣化に対する耐性が弱い課題がある。また、２本の給電素子の間隔は固定（λ／８）であり、２本の給電素子への給電も一体で行うことから狭帯域特性（比帯域３％以下）になる課題がある。

【0005】

本発明は、小型かつ広帯域で高利得の位相差給電アンテナ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、第１給電素子、第２給電素子、無給電素子の順に配置し、第１給電素子および第２給電素子に所定の位相差で給電する位相差給電アンテナ装置において、送受信する電磁波の自由空間波長をλとしたときに、第１給電素子と第２給電素子との間隔をλ／８とし、第２給電素子と無給電素子との間隔を3λ／40とし、第１給電素子、第２給電素子、無給電素子の各両端に延長コイルを装着し、第１給電素子のアンテナ素子長を該延長コイルを含めてλ／２から30％～40％短縮し、第２給電素子のアンテナ素子長を第１給電素子と同率で短縮し、第１給電素子に対する第２給電素子の給電位相差を80度～140度に設定し、反射特性および放射指向特性に応じて無給電素子の素子長を第２給電素子のアンテナ素子長に対して短く設定する構成であり、前記第２給電素子のアンテナ素子長が、前記第１給電素子のアンテナ素子長に対して短い構成である。

【0008】

本発明の位相差給電アンテナ装置において、比誘電率２～３の誘電体基板上に配置した線路により、80度～ 140度の給電位相差をつけて第１給電素子と第２給電素子に給電する構成としてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明は、第１給電素子および第２給電素子のアンテナ素子長をλ／２の30％～40％短縮し、その間の給電位相差を80度～ 140度に設定することにより、小型かつ広帯域で高利得の位相差給電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】

【0010】

【図1】本発明の位相差給電アンテナ装置の実施例構成を示す図である。

【図2】実施例構成における給電素子のアンテナ素子長の短縮率に対する利得特性を示す図である。

【図3】実施例構成における給電素子の給電位相差に対する利得特性を示す図である。

【図4】実施例構成における無給電素子のアンテナ素子長の短縮長に対する利得特性を示す図である。

【図5】従来の位相差給電アンテナ装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、本発明の位相差給電アンテナ装置の実施例構成を示す。
図１において、本実施例の位相差給電アンテナ装置は、第１給電素子１１－１、第２給電素子１１－２、無給電素子１２、各素子の両端に装着する延長コイル１４により構成される。

【0012】

第１給電素子１１－１と第２給電素子１１－２との間隔をλ／８（λ：自由空間波長）とし、第２給電素子１１－２と無給電素子１２との間隔を 3λ／40とする。このとき、第１給電素子１１－１から無給電素子１２までのアンテナ長がλ／５となる。例えば60ＭHz帯（波長５ｍ）の電磁波を送受信する場合は、アンテナ長が１ｍとなる。

【0013】

第１給電素子１１－１の従来のアンテナ素子長がλ／２とすると、本実施例では各素子の両端に延長コイル１４を装着することにより、第１給電素子１１－１のアンテナ素子長をλ／２の30％～40％の短縮を実現し、第２給電素子１１－２のアンテナ素子長を同率で短縮する。ここで、30％短縮時および40％短縮時の延長コイル１４の寸法は次の通りである。
30％短縮時：コイル径20ｍｍ、巻数20、コイル長 200ｍｍ
40％短縮時：コイル径25ｍｍ、巻数18、コイル長 200ｍｍ

【0014】

例えば60ＭHz帯（波長５ｍ）の電磁波を送受信する場合は、第１給電素子１１－１の延長コイル１４を含むアンテナ素子長は、λ／２＝2.5 ｍに対して、
30％短縮時： 2.5ｍ×70％＝1.75ｍ
40％短縮時： 2.5ｍ×60％＝1.5 ｍ
となる。

【0015】

このとき、第２給電素子１１－２の延長コイル１４を含むアンテナ素子長は、
30％短縮時：1.62ｍ
40％短縮時：1.38ｍ
となる。

【0016】

図２は、実施例構成における給電素子のアンテナ素子長の短縮率に対する利得特性を示す。ただし、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２からなる２素子構成とする。
図２において、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２のアンテナ素子長の短縮率を０％から50％に設定したとき、短縮率40％までは利得の劣化が小さいことが確認できる。

【0017】

図３は、実施例構成における給電素子の給電位相差に対する利得特性を示す。ただし、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２からなる２素子構成とする。
図３において、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２のアンテナ素子長の短縮率を30％または40％に設定したとき、第１給電素子１１－１と第２給電素子１１－２の給電位相差を80度～ 140度の範囲に設定することにより、利得として５dBi 前後を確保できる。

【0018】

ここで、アンテナ素子長を短縮した第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２の２素子構成に対して、図１に示すように、無給電素子（導波器）１２を追加することにより利得の改善は可能であるが、第２給電素子１１－２のアンテナ素子長に対する無給電素子１２の素子長の最適値について、図４に示す特性に基づいて説明する。

【0019】

図４(1) は、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２のアンテナ素子長の短縮率を30％に設定したときに、無給電素子１２の素子短縮長に対する利得の変化を示す。ここでは、無給電素子１２の素子長は、第２給電素子１１－２のアンテナ素子長に対する短縮０のとき、すなわち第２給電素子１１－２のアンテナ素子長1.62ｍと同一のときに最大の利得６dBi を確保でき、最適となることがわかる。

【0020】

図４(2) は、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２のアンテナ素子長の短縮率を40％に設定したときに、無給電素子１２の素子短縮長に対する利得の変化を示す。ここでは、無給電素子１２の素子長は、第２給電素子１１－２のアンテナ素子長に対する短縮０～160mm の範囲で利得の変化はほとんどない。ただし、反射特性や放射指向特性を考慮すると、無給電素子１２の素子長は、第２給電素子１１－２のアンテナ素子長に対する 120ｍｍの短縮のとき、すなわち1.38ｍから1.26ｍに短縮したときに最適という結果が得られている。

【0021】

以上により、本位相差給電アンテナ装置が動作する範囲として、第１給電素子１１－１および第２給電素子１１－２のアンテナ素子長を30％～40％短縮し、その素子間の給電位相差を80度～ 140度の範囲に設定するとともに、無給電素子１２により１dB程度の改善は可能になっている。

【0022】

また、給電部として、比誘電率２～３の誘電体基板上に配置した線路により、80度以上 140度以下の給電位相差をつけて第１給電素子１１－１と第２給電素子１１－２に給電する構成としてもよい。

【符号の説明】

【0023】

１１ 給電素子
１２ 無給電素子
１３ 平行フィーダ
１４ 延長コイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】