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図面 (10)

課題

仰角の低い範囲においても十分な利得が得られ、無線LAN用のアンテナとして適した指向性を有する電子制御アレーアンテナ装置を提供する。

解決手段

直径が約1波長(λ)の円形有限反射板1の外周縁に沿って幅が1/4波長程度円筒状のスカート11を下方向に設ける。上記有限反射板1の上面中央部に長さが例えば1/4波長の放射素子2を設けると共に、その周辺部に複数の無給電素子3を等間隔で設ける。この場合、放射素子2と無給電素子3との間隔は、約1/4波長に設定される。上記放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸線路5により給電する。また、有限反射板1の下側において、無給電素子3の下部に受動回路を構成する例えばバラクタダイオード等の可変リアクタンス素子12を装荷する。この可変リアクタンス素子12は、電子制御回路によりリアクタンス可変制御され、これによりアンテナの指向性が制御される。

概要

背景

従来、指向性を制御できるアンテナとしては、高速走査伝送回路例えばバトラーマトリックス回路とかロットマンレンズ回路等による電子制御アレーアンテナが考えられている。しかし、これらのアンテナは複雑な構造となっているのが一般的である。また、その他、構造が簡単な電子制御アレーアンテナとして、従来では図9に示すように有限反射板を設けたものが用いられている。図9(a)は従来の電子制御アレーアンテナ装置の斜視図、同図(b)は側断面図である。

図9(a)、(b)において、1は直径が約1波長円形の有限反射板で、その上面中央部に放射素子2が設けられると共に、この放射素子2を中心とする周辺に複数の無給電素子3が等間隔で設けられる。この場合、上記放射素子2及び無給電素子3は、有限反射板1に対して絶縁して設けられ、有限反射板1と無給電素子3との間にダイオード4が接続される。このダイオード4は、電子制御回路(図示せず)によりオンオフ制御され、これによりアンテナの指向性が制御される。そして、放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸線路5により給電される。

上記のように構成された電子制御アレーアンテナ装置は、放射素子2から周囲に電波放射されるが、無給電素子3に対するダイオード4をオンあるいはオフすることによって、指向性を可変制御することができる。

概要

仰角の低い範囲においても十分な利得が得られ、無線LAN用のアンテナとして適した指向性を有する電子制御アレーアンテナ装置を提供する。

直径が約1波長(λ)の円形の有限反射板1の外周縁に沿って幅が1/4波長程度円筒状のスカート11を下方向に設ける。上記有限反射板1の上面中央部に長さが例えば1/4波長の放射素子2を設けると共に、その周辺部に複数の無給電素子3を等間隔で設ける。この場合、放射素子2と無給電素子3との間隔は、約1/4波長に設定される。上記放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸線路5により給電する。また、有限反射板1の下側において、無給電素子3の下部に受動回路を構成する例えばバラクタダイオード等の可変リアクタンス素子12を装荷する。この可変リアクタンス素子12は、電子制御回路によりリアクタンスが可変制御され、これによりアンテナの指向性が制御される。

目的

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、仰角の低い範囲においても十分な利得を得ることができ、無線LAN用のアンテナとして適した指向性を有する電子制御アレーアンテナ装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
8件

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請求項1

円状の有限反射板と、この有限反射板の外周縁に沿って設けられる円筒状の導体板と、上記有限反射板の上側中央部に設けられる放射素子と、上記有限反射板上における放射素子の周辺に等間隔で設けられる複数の無給電素子と、上記放射素子に給電する給電手段と、上記各無給電素子と有限反射板との間にそれぞれ設けられる指向性調整用素子とを具備したことを特徴とする電子制御アレーアンテナ装置

請求項2

上記円筒状の導体板は、約1/4波長の幅を有することを特徴とする請求項1記載の電子制御アレーアンテナ装置。

請求項3

上記指向性調整用素子としてスイッチング用ダイオードを用いたことを特徴とする請求項1記載の電子制御アレーアンテナ装置。

請求項4

上記指向性調整用素子として可変リアクタンス素子を用いたことを特徴とする請求項1記載の電子制御アレーアンテナ装置。

技術分野

0001

本発明は、例えば無線LAN等に用いられる小型のアンテナ装置係り、特に指向性を制御できる電子制御アレーアンテナ装置に関する。

背景技術

0002

従来、指向性を制御できるアンテナとしては、高速走査伝送回路例えばバトラーマトリックス回路とかロットマンレンズ回路等による電子制御アレーアンテナが考えられている。しかし、これらのアンテナは複雑な構造となっているのが一般的である。また、その他、構造が簡単な電子制御アレーアンテナとして、従来では図9に示すように有限反射板を設けたものが用いられている。図9(a)は従来の電子制御アレーアンテナ装置の斜視図、同図(b)は側断面図である。

0003

図9(a)、(b)において、1は直径が約1波長円形の有限反射板で、その上面中央部に放射素子2が設けられると共に、この放射素子2を中心とする周辺に複数の無給電素子3が等間隔で設けられる。この場合、上記放射素子2及び無給電素子3は、有限反射板1に対して絶縁して設けられ、有限反射板1と無給電素子3との間にダイオード4が接続される。このダイオード4は、電子制御回路(図示せず)によりオンオフ制御され、これによりアンテナの指向性が制御される。そして、放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸線路5により給電される。

0004

上記のように構成された電子制御アレーアンテナ装置は、放射素子2から周囲に電波放射されるが、無給電素子3に対するダイオード4をオンあるいはオフすることによって、指向性を可変制御することができる。

発明が解決しようとする課題

0005

上記有限反射板を備えた従来の電子制御アレーアンテナ装置は、構造が簡単であるという利点はあるが、仰角の低い範囲において利得が低下するような指向性となっており、無線LAN用のアンテナとして用いるには問題がある。

0006

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、仰角の低い範囲においても十分な利得を得ることができ、無線LAN用のアンテナとして適した指向性を有する電子制御アレー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

0007

第1の発明に係る電子制御アレーアンテナ装置は、円状の有限反射板と、この有限反射板の外周縁に沿って設けられる円筒状の導体板と、上記有限反射板の上側中央部に設けられる放射素子と、上記有限反射板上における放射素子の周辺に等間隔で設けられる複数の無給電素子と、上記放射素子に給電する給電手段と、上記各無給電素子と有限反射板との間にそれぞれ設けられる指向性調整用素子とを具備したことを特徴とする。

0008

第2の発明は、第1の発明に係る電子制御アレーアンテナ装置において、上記円筒状の導体板の幅を約1/4波長に設定したことを特徴とする。

0009

第3の発明は、第1の発明に係る電子制御アレーアンテナ装置において、上記指向性調整用素子としてスイッチング用ダイオードを用いたことを特徴とする。

0010

第4の発明は、第1の発明に係る電子制御アレーアンテナ装置において、上記指向性調整用素子として可変リアクタンス素子を用いたことを特徴とする。

発明を実施するための最良の形態

0011

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明の一実施形態に係る電子制御アレーアンテナ装置の構成を示すもので、同図(a)は斜視図、同図(b)は側断面図である。図1(a)、(b)において、1は直径が約1波長(λ)の円形の有限反射板で、その外周縁に沿って幅が例えば1/4波長程度の円筒状の導体板、すなわち円筒状のスカート11が下方向に設けられる。上記有限反射板1及びスカート11は、金属板等の導体で形成される。そして、上記有限反射板1の上面中央部に導体で(銅或いは真鍮)で形成した長さが例えば1/4波長の放射素子2が設けられると共に、その周辺部に導体で(銅或いは真鍮)で形成された複数の無給電素子3が等間隔で設けられる。この場合、放射素子2と無給電素子3との間隔は、約1/4波長に設定される。上記放射素子2及び無給電素子3は、有限反射板1に対して絶縁して設けられる。上記放射素子2には、有限反射板1の下方から同軸線路5により給電される。

0012

また、有限反射板1の下側において、無給電素子3の下部に受動回路を構成する例えばバラクタダイオード等の可変リアクタンス素子12が装荷される。すなわち、無給電素子3と有限反射板1との可変リアクタンス素子12が接続される。この可変リアクタンス素子12は、電子制御回路(図示せず)によりリアクタンスが可変制御され、これによりアンテナの指向性が制御される。

0013

上記のように構成された電子制御アレーアンテナ装置は、各無給電素子3に対して設けた可変リアクタンス素子12のリアクタンスを電子制御回路(図示せず)によって制御することによって、指向性を任意に可変制御することができる。すなわち、可変リアクタンス素子12の値を制御することによって水平面内での放射パターンを制御する。この放射パターンにおけるヌル点の形成は可変リアクタンス素子12の値を適切に選ぶことにより可能であり、また、放射パターンの水平面内全方向の走査は、複数の無給電素子3を等間隔に配置し、可変リアクタンス素子12の値を制御することにより可能である。

0014

上記可変リアクタンス素子12としてバラクタダイオードを用いることにより、外部からの直流電圧でリアクタンスを任意に可変制御することができる。また、有限反射板1の周囲に円筒状のスカート11を設けることにより、仰角の低い範囲における利得の低下を確実に防止でき、無線LAN用のアンテナとして適した指向性を得ることができる。

0015

以下、上記有限反射板1に対してスカート11を設けたことによる指向性の改善について実験結果に基づいて説明する。

0016

図2(a)は無限地板21に1/4波長モノポールアンテナ22を設けた場合の指向性を示し、図2(b)は半波長ダイポールアンテナ23の指向性を示したものである。無限地板21上に設けた1/4波長モノポールアンテナ22は、その鏡像を考えると半波長ダイポールアンテナ23と同じ構造となり、指向性も同じである。しかし、地板(反射板)が有限構造の場合は、その影響により指向性は大きく変化する。

0017

すなわち、図3(a)、(b)に示すように有限反射板1に1/4波長モノポールアンテナとしての放射素子2を設けた場合、その有限反射板1の直径2aと指向性の関係は、図4に示すように変化する。図4(a)は有限反射板1の直径2aが「2πa/λ=0」の場合の指向性、同図(b)は「2πa/λ=3」の場合の指向性、同図(c)は「2πa/λ=4」の場合の指向性、同図(d)は「2πa/λ=5」の場合の指向性、同図(e)は「2πa/λ=√(42)」の場合の指向性、同図(f)は「2πa/λ=∞」の場合の指向性を示したものである。図4(f)は反射板が無限の場合であり、指向性が正面方向(水平方向)に向いているが、図4(b)〜(e)に示すように有限の場合には指向性が正面方向に向かない。つまり、有限反射板1を用いた場合には、図2(b)に示した半波長ダイポールアンテナの場合に比較して、主ビームがやや上向きになり、実効利得は低下する。

0018

本発明では、有限反射板1の周縁部にスカート11を設けることによって、指向性が正面の方向に向くように特性の改善を図ったものである。図5(a)、(b)に示すように例えば1波長(λ)の有限反射板1の周縁部に幅が1/4波長のスカート11を設け、上記有限反射板1の上面中央に放射素子(1/4波長モノポールアンテナ)2を単体で設けた場合の垂直面放射パターンの測定結果図6に示す。この図6において、aはスカート11を設けた場合の特性、bはスカート11を設けない場合の特性を示し、アンテナ中心周波数を1000MHzに設定した場合について測定したものである。スカート11を設けることにより、図6の特性図から明らかなように最大放射方向は45°から62°に変化し、水平面内では約1〜2dB程度の利得改善が得られた。これにより最大放射方向の低仰角化と水平面内の利得増加を確認することができた。

0019

次に、可変リアクタンス素子12を制御して指向性を可変制御する場合について説明する。図7に示すように幅が1/4波長の円筒状のスカート11を備えた直径が1波長の有限反射板1の上面中央部に長さが1/4波長の放射素子2を設けると共に、その左右に1/4波長の間隔を保って2つの無給電素子3a、3bを設けた3素子電子制御アレーアンテナにおいて、無給電素子3aに装荷された可変リアクタンス素子12aを短絡し、無給電素子3bに装荷された可変リアクタンス素子12bを開放とし、無給電素子3aを導波器、無給電素子3bを反射器として動作させた。

0020

図8は、上記のように構成したアンテナの中心周波数を1000MHzに設定した場合の垂直面放射パターンを示したものである。上記図8において、aはスカート11を設けた場合の特性、bはスカート11を設けない場合の特性を示し、アンテナ中心周波数を1000MHzに設定した場合について測定したものである。上記のように無給電素子3aを導波器、無給電素子3bを反射器として動作させた場合、図8に示したように無給電素子3aの方向が最大放射方向となる特性が得られた。また、有限反射板1に対してスカート11を設けることにより、特性aから明らかなように最大放射方向の低仰角化と利得増加が得られた。

0021

上記図7では、2本の無給電素子3a、3bを設けた場合について示したが、図1に示したように放射素子2の周囲に複数の無給電素子3を設けると共に、各無給電素子3の下部に可変リアクタンス素子12を装荷することにより、各方向に対する指向性を任意に可変設定することができる。可変リアクタンス素子12の場合、リアクタンスの可変により信号の位相を調整できるので、各可変リアクタンス素子12の方向だけでなく、各可変リアクタンス素子12の中間における方向に対しても指向性を任意に可変設定することができる。

0022

以上のように本発明による電子制御アレーアンテナ装置は、非常に簡単な構造を持ち、直流電圧で制御可能であるので、無線LANへの機器装着が容易である。また、スカート11を設けることにより、の上等に配置した場合においても、特性の劣化はなく十分な利得が得られるので、無線LAN用のアンテナとして大きな効果を発揮することができる。また、無線LAN用のアンテナとして使用した場合、例えばある方向からの信号を受信した場合、電子制御回路により信号の受信方向を検出し、その受信方向に指向性が一致するように可変リアクタンス素子12の値を制御する方法等が考えられる。このような制御方法を用いることにより、無線LANにおける信号の通信範囲を広くでき、信号の受信処理を確実に行なうことが可能となる。

0023

なお、上記実施形態では、指向性を調整する素子として可変リアクタンス素子12を使用した場合について示したが、ダイオード等のスイッチング素子を使用した場合においても、スカート11を設けることにより、最大放射方向の低仰角化と利得増加を図ることができる。

0024

また、上記実施形態では、指向性を測定する際にアンテナの中心周波数を1000MHzに設定した場合について示したが、周波数に関係なく大きな効果を発揮することができる。実施に当たっては特に周波数に限定されるものではない。

発明の効果

0025

以上詳記したように本発明によれば、有限反射板を備えた電子制御アレーアンテナ装置において、有限反射板の周縁部に円筒状の反射導体板を設けることにより、最大放射方向の低仰角化と利得増加を図ることができ、無線LAN用のアンテナとして大きな効果を発揮することができる。

図面の簡単な説明

0026

図1(a)は本発明の一実施形態に係る電子制御アレーアンテナ装置の斜視図、(b)は同側断面図。
図2(a)は無限地板に1/4波長モノポールアンテナを設けた場合の指向性を示す図、(b)は半波長ダイポールアンテナの指向性を示す図。
図3有限反射板に1/4波長モノポールアンテナとしての放射素子を設けた場合の構成図。
図4図3における有限反射板の直径を種々変えた場合の指向性を示す図。
図5スカートを備えた有限反射板に放射素子として1/4波長モノポールアンテナを単体で設けた場合の構成図。
図6図5におけるアンテナの垂直面放射パターンをスカート無しの場合と比較して示す図。
図7同実施形態における3素子電子制御アレーアンテナを示す図。
図8図7における3素子電子制御アレーアンテナの垂直面放射パターンを示す図。
図9(a)は従来の電子制御アレーアンテナ装置の斜視図、(b)は同側断面図。

--

0027

1有限反射板
2放射素子
3、3a、3b、無給電素子
4ダイオード
5同軸線路
11スカート
12、12a、12b 可変リアクタンス素子

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