JP2005151343A

JP2005151343A - スロットアンテナ装置

Info

Publication number: JP2005151343A
Application number: JP2003388233A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09
Also published as: EP1533867B1; EP1533867A1; DE602004008013T2; US7091920B2; DE602004008013D1; US20050104793A1

Abstract

【課題】小型化が容易で安価に製造できる円偏波用のスロットアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】スロットアンテナ装置１０は、高周波回路１１が配設された回路基板１２と、回路基板１２を収納するシールドケース１３とを備え、シールドケース１３の上面板１３ａに十字形スロット１４と給電ピン１５とが形成されている。十字形スロット１４は長手寸法が所定量異なる第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂとを直交させた形状に開設されており、給電ピン１５から各スロット１４ａ，１４ｂまでの最短距離はほぼ等しい。給電ピン１５を介して上面板１３ａが給電されると各スロット１４ａ，１４ｂが励振されて互いに直交する直線偏波が放射されるが、長手寸法の相違により各スロット１４ａ，１４ｂの共振モードには約９０度の位相差が生じるため、円偏波アンテナとして動作する。
【選択図】図１

Description

本発明はスロットアンテナ装置に係り、特に、円偏波アンテナとして動作するスロットアンテナ装置に関する。

スロットアンテナ装置には、所定寸法のスロットが開設された金属箔や金属板等からなる導体部材と、増幅器や発振器等を含む高周波回路が配設された回路基板とが具備されており、この回路基板に接続された給電ライン等の給電手段を介して導体部材の適宜位置に給電を行うことにより、スロットを励振させて直線偏波を放射させることができる。この種のスロットアンテナ装置の従来例としては、回路基板の一側部にアンテナ部を設けた構成のものが広く知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６はかかる従来のスロットアンテナ装置の要部平面図であって、誘電体等からなる基板１の一側部に設けられたアンテナ部２を示している。同図において、基板１の片面にはスロット３を有する導体層４が形成されており、基板１の他面にはスロット３を幅方向に横切る給電ライン５が形成されている。また、基板１の図示せぬ延長部分は、高周波回路が配設された回路部６となっている。導体層４や給電ライン５は銅箔等をパターニングしてなるもので、この導体層４に包囲された直線状の開口部分がスロット３となっている。このスロット３は、長手寸法が共振長λの約２分の１に設定されている。給電ライン５は回路部６から導出されたマイクロストリップ線路であり、この給電ライン５を介してスロット３の幅方向両端近傍に給電することにより、スロット３を励振させることができる。
特開２００３−２３４６１５号公報（第３−４頁、図３）

ところで、一般的に従来のスロットアンテナ装置は直線偏波用として設計されているが、図６においてスロット３の近傍に該スロット３の長手方向と直交する方向に延びる別のスロットを設け、この別のスロットをスロット３の共振モードに対し約９０度の位相差で励振させれば、円偏波用のスロットアンテナ装置が得られる。しかしながら、従来構造は高周波回路が配設されている基板１の延出部分（一側部）をアンテナ部２の領域として利用している関係上、このアンテナ部２に円偏波用の一対のスロットと一対の給電ラインを形成するとなると、アンテナ部２に広いスペースが必要となるため基板１の面積が増大してしまい、それゆえ装置全体の小型化が困難になるという問題があった。また、一対のスロットの共振モードに約９０度の位相差を生じさせるためには、給電回路に９０度位相差回路部を組み込むなどの対策が必要であることから、回路構成が複雑化してコストアップを伴うという問題もあった。

なお、スロットアンテナ装置の小型化を図るために多層基板の各層に高周波回路と給電ラインとスロット付き導体層を配設するという構成も考えられるが、多層基板を採用すると製造工程が複雑化するため、大幅なコストアップを余儀なくされる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、小型化が容易で安価に製造できる円偏波用のスロットアンテナ装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明のスロットアンテナ装置では、第１のスロットおよび第２のスロットを直交させてなる十字形スロットを開設した導体部材と、前記十字形スロットから離間した所定位置で前記導体部材に対して給電を行う給電ピンと、高周波回路を配設して前記給電ピンを接続せしめた回路基板とを備え、前記給電ピンからの給電によって前記第１および第２のスロットが励振されると共に、前記第２のスロットが前記第１のスロットの共振モードに対し約９０度の位相差で励振されることで円偏波アンテナとして動作するように構成した。

このように構成されたスロットアンテナ装置は、第１のスロットと第２のスロットを直交させて十字形スロットとなし、この十字形スロットから離間した所定位置で導体部材に対して給電を行うことにより、第１のスロットの共振モードと第２のスロットの共振モードとの間に約９０度の位相差を生じさせるというものなので、給電回路を複雑化することなく安価に円偏波用スロットアンテナ装置を製造することができる。また、十字形スロットを開設した導体部材に対し給電ピンを介して給電を行う構成にしてあるため、例えば、片面に高周波回路を設けた回路基板の他面に該導体部材を設け、該回路基板のスルーホールを利用した給電ピンを該導体部材に接続するといった構成が可能となり、それゆえ多層基板を採用することなく安価に円偏波用スロットアンテナ装置の小型化が促進できる。

なお、給電ピンから第１のスロットまでの最短距離と第２のスロットまでの最短距離とが略同等である場合には、第１および第２のスロットの長手寸法を所定量異ならせておくことによって、第１および第２のスロットを約９０度の位相差で励振させることが可能となる。また、第１および第２のスロットの長手寸法が略同等である場合には、給電ピンから第１のスロットまでの最短距離と第２のスロットまでの最短距離とが所定量異なるように該給電ピンの位置を設定することによって、第１および第２のスロットを約９０度の位相差で励振させることが可能となる。

かかる構成のスロットアンテナ装置は、前記導体部材が金属板からなり、該金属板の一部を切り起こした金属片を前記給電ピンとなすと共に、該給電ピンの先端部を前記回路基板に接続しておくことが好ましい。これにより、一枚の金属板をプレス加工するだけで十字形スロットと給電ピンを簡単かつ正確に形成することができるため、大幅なコストダウンが図れる。この場合、回路基板を収納するシールドケースを活用すればさらに好ましい。すなわち、シールドケースの一面に十字形スロットを開設すると共に給電ピンを切り起こすことにより、該一面が前記導体部材を兼ねることになるので、アンテナ専用の導体部材が不要となって円偏波用スロットアンテナ装置を極めて安価に製造することができる。

また、かかる構成のスロットアンテナ装置において、前記第１および第２のスロットの閉端部が他部よりも幅広に形成されている場合には、該閉端部が他部と同幅である場合よりも共振周波数が低くなるため、装置全体の小型化が促進しやすくなる。

また、かかる構成のスロットアンテナ装置において、前記導体部材が前記第１および第２のスロットの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部を有する場合には、該切欠き部の存しない場合に比べて帯域幅が広くなるという利点がある。

本発明のスロットアンテナ装置は、第１のスロットと第２のスロットを直交させてなる十字形スロットから離間した所定位置で導体部材に対して給電を行うことにより、第１のスロットと第２のスロットを約９０度の位相差で励振させて円偏波アンテナとして動作するように構成されているので、給電回路を複雑化したり多層基板を採用することなく、小型で安価な円偏波用スロットアンテナ装置が得られる。

特に、十字形スロットを開設した導体部材が金属板で、該金属板の一部を切り起こした金属片を給電ピンとなした場合には、一枚板の金属板をプレス加工するだけで十字形スロットと給電ピンを簡単かつ正確に形成することができるため、大幅なコストダウンが図れる。さらに、該金属板として回路基板を収納するシールドケースを活用した場合には、アンテナ専用の導体部材が不要となるため円偏波用スロットアンテナ装置を極めて安価に製造することができる。

実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るスロットアンテナ装置の斜視図、図２は該スロットアンテナ装置の断面図、図３は該スロットアンテナ装置の平面図である。

これらの図に示すスロットアンテナ装置１０は、増幅器や発振器等を含む高周波回路１１が配設された回路基板１２と、この回路基板１２を収納する筐体で良導電性の金属板からなるシールドケース１３とによって主に構成されており、シールドケース１３の上面板１３ａに十字形スロット１４と給電ピン１５とが形成されている。上面板１３ａに開設された十字形スロット１４は、長手寸法が所定量異なる第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂとを直交させた形状に打ち抜かれており、本実施形態例の場合、第１のスロット１４ａの長手寸法が第２のスロット１４ｂの長手寸法よりも大きく設定されている。給電ピン１５は上面板１３ａの一部を下向きに切り起こした金属片であって、この給電ピン１５の先端部（下端部）は回路基板１２の給電回路に半田付けされている。給電ピン１５は十字形スロット１４から離間した所定位置に形成されているが、給電ピン１５から第１のスロット１４ａまでの最短距離と第２のスロット１４ｂまでの最短距離とは略同等である。つまり、給電ピン１５は、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの交点を通って各スロット１４ａ，１４ｂに対し約４５度傾いた直線Ｐ上に位置している。

そして、この給電ピン１５を介して上面板１３ａが給電されると、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂがそれぞれ励振されて互いに直交する直線偏波が放射されるが、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂは長手寸法が所定量異なるため、各スロット１４ａ，１４ｂの共振モードには約９０度の位相差が生じる。それゆえ、このスロットアンテナ装置１０は、十字形スロット１４から円偏波を放射する円偏波アンテナとして動作する。

なお、高周波回路１１はシールドケース１３に覆われているため、外来電波から遮蔽されて高信頼性が確保されている。また、このシールドケース１３の底板部１３ｂは、十字形スロット１４から下方へ放射される電波を反射するリフレクタとして機能するため、スロットアンテナ装置１０は上方へ放射される電波が強まって良好な指向性が期待できる。

また、このシールドケース１３には、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部１６が形成されている。これらの切欠き部１６は、各スロット１４ａ，１４ｂの磁界領域（電流最大領域）に付設されたキャパシタとして機能するため、該磁界領域における電流経路を周波数に応じて異ならせることができる。したがって、これらの切欠き部１６を設けることにより、スロットアンテナ装置１０の帯域幅を広げることができる。

このように本実施形態例に係るスロットアンテナ装置１０は、第１のスロット１４ａと第２のスロット１４ｂを直交させて十字形スロット１４となし、この十字形スロット１４から離間した所定位置で上面板１３ａに対して給電を行うことにより、第１のスロット１４ａの共振モードと第２のスロット１４ｂの共振モードとの間に約９０度の位相差を生じさせているので、給電回路を複雑化することなく円偏波アンテナとして動作させることができる。また、このスロットアンテナ装置１０は、回路基板１２を収納するシールドケース１３を活用して、その上面板１３ａに十字形スロット１４および給電ピン１５を形成しているので、部品点数が非常に少なくて大きさもコンパクトになっている。しかも、これらの十字形スロット１４や給電ピン１５は、プレス加工によって簡単かつ正確に形成することができる。それゆえ、このスロットアンテナ装置１０は、極めて安価に製造することができて小型化も容易である。

図４は本発明の第２実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図であって、図３と対応する部分には同一符号が付してある。図４に示すスロットアンテナ装置２０は、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの閉端付近がいずれも他部よりも幅広に切り欠かれた幅広部１４ｃとなっている点が、第１実施形態例と異なっている。このように各スロット１４ａ，１４ｂの幅寸法が磁界領域（電流最大領域）である閉端部で拡幅されていると、電流の経路長が増大するため共振周波数が低くなる。したがって、特定の周波数で共振させるために必要な各スロット１４ａ，１４ｂの長手寸法が縮小でき、装置全体の小型化が促進しやすくなる。

図５は本発明の第３実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図であって、図３や図４と対応する部分には同一符号が付してある。図５に示すスロットアンテナ装置３０は、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂの長手寸法が略同等で、第１のスロット１４ａを第２のスロット１４ｂの中点からオフセットさせることによって、給電ピン１５から第１のスロット１４ａまでの最短距離を第２のスロット１４ｂまでの最短距離に比べて所定量長くした点が、第１実施形態例と大きく異なっている。十字形スロット１４の形状や給電ピン１５の位置をこのように設定したスロットアンテナ装置３０は、第１および第２のスロット１４ａ，１４ｂを約９０度の位相差で励振させることができるので、円偏波アンテナとして動作する。

なお、上述した各実施形態例では、金属板に十字形スロットを開設した場合について説明しているが、基板表面に銅等の金属箔をパターニングして十字形スロットを設けてもよい。例えば、片面に高周波回路を設けた回路基板の他面に金属箔をパターニングして十字形スロットを形成し、該回路基板のスルーホールを利用した給電ピンを該金属箔の所定位置に接続すれば、多層基板を採用することなく安価に円偏波用スロットアンテナ装置の小型化が促進できる。

本発明の第１実施形態例に係るスロットアンテナ装置の斜視図である。図１に示すスロットアンテナ装置の断面図である。図１に示すスロットアンテナ装置の平面図である。本発明の第２実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図である。本発明の第３実施形態例に係るスロットアンテナ装置の平面図である。従来例に係るスロットアンテナ装置の要部平面図である。

符号の説明

１０，２０，３０スロットアンテナ装置
１１高周波回路
１２回路基板
１３シールドケース
１３ａ上面板
１４十字形スロット
１４ａ第１のスロット
１４ｂ第２のスロット
１５給電ピン
１６切欠き部

Claims

第１のスロットおよび第２のスロットを直交させてなる十字形スロットを開設した導体部材と、前記十字形スロットから離間した所定位置で前記導体部材に対して給電を行う給電ピンと、高周波回路を配設して前記給電ピンを接続せしめた回路基板とを備え、前記給電ピンからの給電によって前記第１および第２のスロットが励振されると共に、前記第２のスロットが前記第１のスロットの共振モードに対し約９０度の位相差で励振されることで円偏波アンテナとして動作するように構成したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記第１および第２のスロットの長手寸法が所定量異なると共に、前記給電ピンから前記第１のスロットまでの最短距離と前記第２のスロットまでの最短距離とが略同等となるように該給電ピンの位置を設定したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記第１および第２のスロットの長手寸法が略同等であると共に、前記給電ピンから前記第１のスロットまでの最短距離と前記第２のスロットまでの最短距離とが所定量異なるように該給電ピンの位置を設定したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記導体部材が金属板からなり、該金属板の一部を切り起こした金属片を前記給電ピンとなすと共に、該給電ピンの先端部を前記回路基板に接続したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項４の記載において、前記回路基板を収納するシールドケースを備え、該シールドケースの一面が前記導体部材を兼ねていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記第１および第２のスロットの閉端部が他部よりも幅広に形成されていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１〜６のいずれか１項の記載において、前記導体部材が前記第１および第２のスロットの閉端と対向する位置にそれぞれ切欠き部を有することを特徴とするスロットアンテナ装置。