JP4333328B2 - 密閉型反射板付スロットアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、高周波アンテナに係り、特に携帯電話基地局用の反射板付スロットアンテナに関するものである。

従来、指向性を有するスロットアンテナを実現する必要がある場合、アンテナの指向性を向上させる上でアンテナ基板片側に反射板を設けることが望ましいため、多くはアンテナシャーシが反射板を兼ねた構造のものになっていた。

図６に従来のスロットアンテナの一例を示す。

シャーシ１５は、一面が開放された直方体を形状としており、シャーシ１５のフランジ部分３７がスロットアンテナ基板２５に密着して取付られている。シャーシ１５には、給電用の同軸ケーブル３を通すために挿通用の孔１６が設けられていた。この挿通用の孔１６においては、同軸ケーブル３が通された後に孔１６と同軸ケーブル３とがこすれ、干渉することを、樹脂やゴムパッキン等を用いて防いでいる。

図７に示す様に、スロットアンテナ６１は、スロットアンテナ基板２５に設けられたアンテナ素子に給電するためのコネクタ１９が設けられ、同軸ケーブル３のコネクタ６を給電用のコネクタ１９に接続することにより高周波電力を給電する構造となっている。

スロットアンテナ６１は、スロットアンテナ基板２５の表面に固定して取り付けられた寄生素子４と、寄生素子４をスロットアンテナ基板２５に固定するための固定用のスペーサ７とを備えた構造となっている。

特開２００２−３３６１９号公報

このような従来のスロットアンテナ６１では、同軸ケーブル３を通した孔１６と同軸ケーブル３との間に生じた隙間から電磁波が漏泄してしまうため、アンテナ背面方向（図６、図７中に、矢印で背面方向及び正面方向を示す。）への放射電力大きくなっていた。このため、スロットアンテナ６１の正面方向と背面方向の放射電力比であるＦ／Ｂ比（Front to back ratio）が低くなっており、アンテナ指向特性を劣化させるという問題があった。

また、スロットアンテナ６１を多素子のアレイ構成とした場合、アンテナを組み立てる際に、シャーシ１５にスロットアンテナ基板２５を取り付けてから給電用の同軸ケーブル３のコネクタ６をコネクタ１９に接続することは、構造上不可能であった。

このため、同軸ケーブル３をシャーシ１５の孔１６に通した後、コネクタ６をコネクタ１９に接続してからシャーシ１５をスロットアンテナ基板２５に取り付けるため、組立工程上非効率的であるという問題もあった。

そこで、本発明の目的は、背面が電磁的に良好な密閉構造を有し、組立容易な密閉型反射板付スロットアンテナを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１の発明は、スロットが形成されたスロットアンテナ基板を、一方が開口した開口部を有し該開口部の対向する側が反射板となる中空のシャーシの上記開口部に取り付けると共に、上記スロットアンテナ基板と上記シャーシとで形成される反射空間が、密閉構造に形成され、上記シャーシのフランジ部分に切欠部が設けられ、上記スロットアンテナ基板の給電部が、上記切欠部に臨ませるように、上記密閉構造の外部、且つ、上記スロットアンテナ基板の上記シャーシが取り付けられた側の面に設けられることを特徴とする密閉型反射板付スロットアンテナである。

第２の発明は、２つのスロットが互いに中央で交差して設けられ、上記スロットからの各々の電磁波の放射が異なる偏波をなすものである。

第３の発明は、上記スロットアンテナ基板の外側に寄生素子を取り付けたものである。

第４の発明は、上記スロットが並列して複数形成されたものである。

本発明によれば、電磁的に良好な密閉構造を有し、組立容易な密閉型反射板付スロットアンテナが実現できる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態である密閉型反射板付スロットアンテナの横断面構造を示す。

図示したように密閉型反射板付スロットアンテナ１は、スロットが形成されたスロットアンテナ基板１０を、一方が開口した開口部を有し開口部の対向する側が反射板となる中空のシャーシ２の開口部に取り付けると共に、スロットアンテナ基板１０とシャーシ２とで形成される反射空間１０２が、密閉構造に形成された反射板付スロットアンテナである。

密閉型反射板付スロットアンテナ１は、スロットアンテナ基板１０の外側に取り付けられた寄生素子４と、寄生素子４をスロットアンテナ基板１０に固定するための固定用のスペーサ７とを備えて構成される。

密閉型反射板付スロットアンテナ１は、スロットアンテナ基板１０の給電部がスロットアンテナ基板１０とシャーシ２とで形成された密閉構造の外部に設けられた構造となっている。

本実施の形態では説明の上で、密閉型反射板付スロットアンテナ１の正面方向及び背面方向に言及しているが、図１（及び図２）中に背面方向及び正面方向を各々矢印で示している。また、スロットアンテナ基板１０の表面及び裏面に言及しているが、図１（及び図２）に示した正面方向がスロットアンテナ基板１０の表面側であり、背面方向がスロットアンテナ基板１０の裏面側と一致している。

スロットアンテナ基板１０には、基板に設けられたスロットアンテナ素子に給電するためのコネクタ１９が設けられており、コネクタ１９には給電用の同軸ケーブル３のコネクタ６が接続された構成となっている。

スロットアンテナ基板１０は、誘電体材質で形成された誘電体基板の両面に導電性薄膜を形成し、この誘電体基板一面の導電性薄膜の一部を除去してパターンが設けられており、誘電体板の他の面には導電性薄膜で十字型のパターン及び給電線路がそれぞれ設けられたことによりアンテナ素子及び給電部が形成されたものである。

シャーシ２は、例えば一方が開口された直方体をなして形成される箱型のアンテナシャーシであると共に、開口された側に対向する側がスロットアンテナ基板１０から放射される電磁波を反射する反射板の機能をも兼ね備えている。

シャーシ２は、スロットアンテナ基板１０の裏面にシャーシ２のフランジ（シャーシ２から突き出た鍔状の部分で、図２にフランジ１７で示す。）部分が密着して取り付けられ、シャーシ２及びスロットアンテナ基板１０で密閉構造を形成できる形状となっている。

なお、このシャーシの形状は箱型に限定されるものではなく、上記のような電磁波を反射し、スロットアンテナ基板とで密閉構造を形成できる形状であれば、半円筒形状、パラボラ形状、鍋底型等形状を問わない。

寄生素子４は、密閉型反射板付スロットアンテナ１の電気特性であるアンテナ指向特性及び周波数特性を調整するための調整板である。

寄生素子４は、誘電体板の片面若しくは両面に導電性薄膜による素子パターンを形成したものであり、形成された素子パターンによりアンテナ指向特性を調整したり、周波数特性を広帯域にすることが可能である。

スペーサ７は、寄生素子４をスロットアンテナ基板１０に固定するための寄生素子４の固定用の部材であり、密閉型反射板付スロットアンテナ１のアンテナ指向特性及び周波数特性に与える影響が小さい材質を用い、放射する電磁波に与える影響の小さい位置を選び取り付けるとよい。

同軸ケーブル３は、密閉型反射板付スロットアンテナ１に電力を給電するため高周波特性に優れた同軸型の伝送線路である。同軸ケーブル３は、可撓性若しくは半可撓性のケーブルに設けられたコネクタ６によりスロットアンテナ基板１０上のコネクタ１９に接続されており、必要な電力を密閉型反射板付スロットアンテナ１に供給する。

図２は、密閉型反射板付スロットアンテナ１の概観を示す斜視図である。

図示したように、密閉型反射板付スロットアンテナ１は、反射板を兼ねたシャーシ２のフランジ１７部分に切欠部１８が設けられ、スロットアンテナ基板１０の給電部２０が切欠部１８に臨ませるようにシャーシ２の密閉構造の外部に配置されている。給電部２０は、銅箔等の導電性薄膜により円形パターン状に設けられている。

スロットアンテナ基板１０の裏面に設けられた給電部２０からは、高周波電力を密閉構造内のスロットアンテナ素子に給電するためのマイクロストリップライン１１が給電部２０と同じ導電性薄膜により形成されている。

密閉型反射板付スロットアンテナ１の構造においては、シャーシ２が反射板としての役割を充分果たすと共に、アンテナ背面に電磁波を極力漏泄させない電磁シールド（密閉構造）としての機能をも有している。

図３にスロットアンテナ基板１０の概観を示す。図３（ａ）は、スロットアンテナ基板１０の表面を示す正面図である。図３（ｂ）は、スロットアンテナ基板１０の裏面を示す背面図である。

スロットアンテナ基板１０は、２つのスロットが互いに中央で交差して設けられ、このスロットから放射される各々の電磁波が異なる偏波をなすダイバシティ機能を有したアンテナ部材である。

図示したようにスロットアンテナ基板１０は、例えば正方形若しくは長方形状の誘電体材料及び導体材質で形成される。スロットアンテナ基板１０は、誘電体材料で形成された誘電体基板１０ａ（図３（ｂ）に示す。）に導体材質で形成された導体基板１０ｂ（図３（ａ）に示す。）を重ねて貼り合わせた構造となっている。図３（ａ）に示すように導体基板１０ｂには、細長いスロット８ａ、８ｂ同士が互いに略中央で交差して十字型となるように設けられている。

誘電体基板１０ａの表面には、銅などで導電性薄膜を形成し、この導電性薄膜をエッチングすることにより、図３（ｂ）に示すように電磁波を放射するための十字型のアンテナ素子パターン８ｂ、９ｂと、スロットアンテナ基板１０に高周電力を供給するための給電部２０と、給電部２０からアンテナ素子パターン８ｂ、９ｂに高周波電力を伝送するマイクロストリップライン１１とが設けられている。

誘電体基板１０ａの裏面は、裏面の全面に設けられた導電性薄膜をエッチングして導電性薄膜の大部分を除去し、一部分の導電性薄膜を残す事によりパターンが形成される。このように基板の裏面に形成された十字型のアンテナ素子パターン８ｂ、９ｂと、マイクロストリップライン１１及び給電部２０とが電気的に接続されている。

アンテナ素子パターン８ｂ、９ｂは、細長いアンテナ素子パターン８ｂ、９ｂの略中央で互いに直交するような十字型パターンとなっている。アンテナ素子パターン８ｂ、９ｂは、図３（ａ）に示す導体基板１０ｂに設けられた十字型のスロット８ａ、９に略重なるように位置している。

十字型のスロット８ａ、９ａと重なったアンテナ素子パターン８ｂ、９ｂとは一体となって、十字型のスロットアンテナ素子をスロットアンテナ基板１０に形成し、電磁波を放射するアンテナ素子の機能を有している。

アンテナ素子パターン８ｂ、９ｂは、十字型の中央部分で交差してパターンが電気的に短絡した状態になると、アンテナ素子パターン８ｂ、９ｂの各々に個別の給電を行うことが出来ない。このため、図３（ｂ）に示すようなパターン９ｃが形成されている。即ち、十字型の中央部分は図から分かるようにアンテナ素子パターン９ｂ、９ｂは、アンテナ素子パターン８ｂの両側に分割して形成され、アンテナ素子パターン８ｂとは短絡しないパターン構成となっている。

誘電体基板１０ａの裏面には銅などで形成された導電性薄膜を設け、この導電性薄膜をエッチングすることにより、図３（ａ）に示すように基板表面のアンテナ素子パターン９ｂを電気的に接続するためのパターン９ｃと、給電部２０とが設けられている。

なお、このパターン９ｃ及び給電部２０は、誘電体基板１０ａの表面に設けられているためパターン９ｃは導体基板１０ｂと電気的に接触しないように、また給電部２０も導体基板１０ｂと接触しないように、導体基板１０ｂに予め設けられたスロット８ａ、９ａ及びスペース２１（この部分は、導体基板１０ｂの導電性薄膜が除去されている。）の内側に位置するように図３（ａ）で示したように設けるとよい。

パターン９ｃは、上述したアンテナ素子パターン９ｂ、９ｂの分割された各素子を電気的に接続するためのパターンである。パターン９ｃは、誘電体基板１０ａ裏面のアンテナ素子パターン９ｂ、９ｂと同様に、パターン９ｃが形成された部分で電磁波を放射するアンテナ素子の一部分となっている。

パターン９ｃは、誘電体基板１０ａ表面のアンテナ素子パターン９ｂ、９ｂと誘電体基板１０ａの厚み方向に設けられたスルーホールＴＨにより電気的に接続されており、スルーホールＴＨは誘電体基板１０ａの厚み方向に貫通した孔に誘電体基板１０ａの表裏面に設けられた導体基板１０ｂと同様の材質で孔の内壁をメッキされた電気的スルーホールとなっている。

誘電体基板１０ａの表裏面に設けられた各々の給電部２０は、上述のスルーホールＴＨと同様のスルーホールＴＨが設けられており、図１、図２で示したコネクタ１９のホットライン側の芯線が給電部２０と半田付若しくは圧着等により電気的に接続し易い構造となっている。

十字型のスロット８ａ、９ａは、細長い長方形の２本のスロットを互いに長方形のほぼ中央部で直交させることで形成されており、給電された電磁波を互いに直交して放射することが出来るアンテナ素子の一部を成している。

このようにして互いに中央で直交する十字型のスロットが設けられたスロットアンテナ基板１０では、アンテナ素子パターン８ｂ、スロット８ａから放射される電磁波が＋４５°偏波をなし、アンテナ素子パターン９ｂ、スロット９ａから放射される電磁波が−４５°偏波をなしている。スロットアンテナ基板１０は、各＋４５°、−４５°の偏波を放射することにより、偏波ダイバシティ機能を有するアンテナ素子となっている。

密閉型反射板付スロットアンテナ１は、スロットアンテナ基板１０の背面側にシャーシ２により反射板を設けた構造となっているため、スロットアンテナ基板１０のスロットアンテナ素子から放射された電磁波が、反射板であるシャーシ２に反射される。このため、密閉型反射板付スロットアンテナ１は、前面方向のみに放射特性を得られると共に前面方向に効率よく電磁波を放射出来る。

図２に示すようにフランジ１７に設けられた切欠部１８には、マイクロストリップライン１１、給電部２０等が露出しているため僅かな電磁波の漏洩は避けられないが、この電磁波漏洩は、無視できる程度の微弱なものであり、アンテナの放射特性には影響を与えないため、図６、図７に示すようなスロットアンテナ６１の孔１６からの電磁波漏泄によるアンテナパターンの劣化は解消される。

密閉型反射板付スロットアンテナ１の水平面指向性パターンを図４に示す。図４（ａ）は、本実施の形態の密閉型反射板付スロットアンテナ１の水平面指向性パターン図である。図４（ｂ）は、従来のスロットアンテナ６１の水平面指向性パターン図である。

図の横軸は、アンテナの方向を角度（単位：°）で示し、１８０°はアンテナの正面方向を示し、０°（３６０°）はアンテナの背面方向を示す。図の縦軸は、アンテナの利得（振幅、単位：ｄＢ）を示す。

図示したように図４（ｂ）では、スロットアンテナ６１の水平面指向性からアンテナのＦ／Ｂ比は、約２７ｄＢであり、背面方向の放射電力が多いことが分かる。

図４（ａ）では、密閉型反射板付スロットアンテナ１の水平面指向性からアンテナのＦ／Ｂ比は、約３４ｄＢであり、背面方向の放射電力が抑制されており、従来の電磁波漏泄の改善効果が得られていることが分かる。

ところで、携帯電話システムにおける地上局のアンテナ装置は、その送受信能力を高めるために複数のアンテナ素子を直列に並べて構成されることも多い。このような複数のアンテナ素子を有するスロットアンテナに本発明を応用することもできる。

図５に示した密閉型反射板付スロットアンテナ５１は、複数のスロットアンテナ素子分のスペースを有する縦長のスロットアンテナ基板１０ｄを備えている。

スロットアンテナ基板１０ｄは、誘電体基板と導体基板とを重ねて形成され、基板には前述のような十字型のスロット及びアンテナ素子パターンが基板長手方向に並列して形成された構造となっている。

密閉型反射板付スロットアンテナ５１は、複数のスロット素子が並んで設けられたスロットアンテナ基板１０ｄと、反射板となるシャーシ２ｄと、各スロット素子に電力を分配するための分配器（若しくは移相器）１２と、分配器１２からの分配電力を各素子に供給するための同軸ケーブル３とを備えて構成される。

密閉型反射板付スロットアンテナ５１は、スロットアンテナ基板１０ｄの給電部２０がスロットアンテナ基板１０ｄとシャーシ２ｄとで形成された密閉構造の外部に設けられた構造となっている。

スロットアンテナ基板１０ｄには、基板に設けられたスロットアンテナ素子に給電するためにマイクロストリップライン１１を介して給電部２０が設けられており、給電部２０にはコネクタ１９が接続されている。コネクタ１９には給電用の同軸ケーブル３がコネクタ６を介して接続された構造となっている。

分配器１２には、スロットアンテナ基板１０ｄに設けられたスロットアンテナ素子から放射される＋４５°偏波をなすための給電を行う入出力端子１９ａ、スロットアンテナ素子から放射される−４５°偏波をなすための給電を行う入出力端子１９ｂがそれぞれ設けられ、接続されている図示しない送受信装置からの送受信信号を密閉型反射板付スロットアンテナ５１に給電する入出力部となっている。

入出力端子１９ａ、１９ｂに給電された高周波電力は、分配器１２により分配されて、各同軸ケーブル３を介して各々のコネクタ１９に給電され、スロットアンテナ基板１０ｄに供給される。スロットアンテナ基板１０ｄに供給された分配された高周波電力は、基板に設けられた各スロットアンテナ素子から自由空間に放射される。

密閉型反射板付スロットアンテナ５１には、必要に応じて図１、図２に示した寄生素子４と同様の寄生素子が設けられるとよい。

図示しない寄生素子は、密閉型反射板付スロットアンテナ５１の電気特性であるアンテナ指向特性及び周波数特性を調整するための調整板である。寄生素子は、誘電体板の片面若しくは両面に導電性薄膜による素子パターンを形成したものであり、形成された素子パターンによりアンテナ指向特性を調整したり、周波数特性を広帯域にすることが可能である。

このようにして形成された密閉型反射板付スロットアンテナ５１は、スロットアンテナ基板１０ｄの背面側にシャーシ２ｄにより反射板を設けた構造となっているため、スロットアンテナ基板１０ｄのスロットアンテナ素子から放射された電磁波が、反射板であるシャーシ２ｄに反射される。このため、密閉型反射板付スロットアンテナ５１は、前面方向のみに放射特性を得られると共に前面方向に効率よく電磁波を放射出来る。

シャーシ２ｄには、従来設けられていた同軸ケーブル挿通用の孔１６（図６、図７参照）が存在しない。このため、密閉型反射板付スロットアンテナ５１の構造においては、シャーシ２ｄが反射板としての役割を充分果たすと共に、アンテナ背面に電磁波を極力漏泄させない電磁シールド（密閉構造）としての機能をも有している。このシャーシ２ｄの機能により、スロットアンテナのＦ／Ｂ比が改善される。

以上説明したように、密閉型反射板付スロットアンテナ１、５１は、背面方向の放射電力が抑制されており、アンテナ放射パターンにおいて良好なＦ／Ｂ比が得られ、従来の電磁波漏泄の問題点を解消する優れた改善効果が得られる。

また、給電部位が密閉構造の外部に設けられることで、アンテナを組み立てる際に給電用の同軸ケーブル３のコネクタ６をコネクタ１９に接続する工程は、組立の工程上特に制約を受けることなく、自由度をもって設定することが出来る。このような給電の構造のため、組立工程上の効率が向上されるという優れた効果も発揮する。

本発明は、携帯基地局用の密閉型反射板付スロットアンテナにのみに限定されるものではなく、高周波回路を接続する入出力用コネクタを有し同様の構造を設けた高周波回路モジュールにも広く適用出来る。

密閉型反射板付スロットアンテナの横断面を示す断面構造図である。 密閉型反射板付スロットアンテナの概観を示す斜視図である。 図３（ａ）は、密閉型反射板付スロットアンテナのスロットアンテナ基板の表面を示す説明図である。図３（ｂ）は、スロットアンテナ基板の裏面を示す説明図である。 図４（ａ）は、密閉型反射板付スロットアンテナの指向特性を示す特性図である。図４（ｂ）は、従来のスロットアンテナの指向特性を示す特性図である。 密閉型反射板付スロットアンテナの一形態である多素子のスロットアンテナ素子を用いたダイバシティアンテナを示す斜視図である。 従来のスロットアンテナの概観を示す斜視図である。 従来のスロットアンテナの横断面を示す断面構造図である。

符号の説明

１ 密閉型反射板付スロットアンテナ
２ シャーシ
３ 同軸ケーブル
４ 寄生素子
６ コネクタ
７ スペーサ
１０ スロットアンテナ基板
１９ コネクタ
１０２ 反射空間

Claims (4)

1. スロットが形成されたスロットアンテナ基板を、一方が開口した開口部を有し該開口部の対向する側が反射板となる中空のシャーシの上記開口部に取り付けると共に、上記スロットアンテナ基板と上記シャーシとで形成される反射空間が、密閉構造に形成され、
   上記シャーシのフランジ部分に切欠部が設けられ、
   上記スロットアンテナ基板の給電部が、上記切欠部に臨ませるように、上記密閉構造の外部、且つ、上記スロットアンテナ基板の上記シャーシが取り付けられた側の面に設けられることを特徴とする密閉型反射板付スロットアンテナ。
2. ２つのスロットが互いに中央で交差して設けられ、上記スロットからの各々の電磁波の放射が異なる偏波をなすことを特徴とする請求項１記載の密閉型反射板付スロットアンテナ。
3. 上記スロットアンテナ基板の外側に寄生素子を取り付けたことを特徴とする請求項１または２記載の密閉型反射板付スロットアンテナ。
4. 上記スロットが並列して複数形成されたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の密閉型反射板付スロットアンテナ。

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