JP2008533886A - ロッドアンテナとロッドアンテナの操作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ロッドアンテナに関し、前記ロッドアンテナは、２次元パッチ（２）と給電線（３）と誘電体ロッド（５）と金属ホルダ（４）とから構成されており、前記２次元パッチ（２）は、電磁波の発信および／または受信のためのものであり、前記パッチ（２）は、互いに直交する２つの座標軸によって定められる平面に沿って広がっており、前記給電線（３）は、信号エネルギーをパッチ（２）に向けておよび／またはパッチ（２）から転送するためにパッチ（２）に連結されており、前記誘電体ロッド（５）は、前記電磁波を発信および／または受信するためのものであり、前記ロッド（５）は、第1の２つの座標軸によって定められる平面の外側にある第３座標軸の方向に、パッチ（２）から縦に伸びており、前記金属ホルダ（４）は、パッチ（２）とロッド（５）との間で前記電磁波を転送するために、パッチ（２）とロッド（５）とに連結されている。本発明は、さらにロッドアンテナの操作方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１に記載のロッドアンテナ（ｒｏｄ ａｎｔｅｎｎａ）と請求項１４に記載のロッドアンテナの操作方法とに関する。

近年、アンテナに関する要件は著しく増えている。異なるアプリケーションの要件に合わせて柔軟に適応することができるアンテナシステムが必要とされている。さらに、アンテナシステムは、小さなサイズの放射パターンと、小さなサイドローブと、高い指向性と、高い利得と、平面回路（ｐｌａｎａｒ ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）を使用した統合機能と、さらに、費用効率の良いアンテナとを備えていることが好ましい。

従来、ロッドアンテナは、３次元の導波管給電（ｔｈｒｅｅ‐ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ ｆｅｅｄｉｎｇ）によって給電が実現されることが知られている。例えば、小林他による文献「ミリ波アプリケーションに関するテーパ状（ｔａｐｅｒｅｄ）ロッドアンテナ」や、文献「Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．“Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔａｐｅｒｅｄ Ｒｏｄ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｆｏｒ Ｍｉｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， ｌｌｉＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， Ｊａｎｕａｒｙ １９８２」は、金属導波管による誘電体ロッドアンテナの給電を開示している。ここで、導波管は発射ホーン（ｌａｕｎｃｈｉｎｇ ｈｏｒｎ）に対応させられている。従来よりロッドアンテナと共に生じていた問題は、導波管給電を用いると、アンテナが異なる要件に柔軟に適応されないことである。

したがって、本発明の目的は、容易に実装でき、平面回路のような異なるアプリケーションの要件に適応することができるロッドアンテナを提供することにある。

前述の目的は、請求項１に記載のロッドアンテナによって達成される。

本発明に基づくロッドアンテナは、２次元パッチ（ｐａｔｃｈ）と給電線（ｆｅｅｄｉｎｇ ｌｉｎｅ）と誘電体ロッド（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｏｄ）と金属ホルダとから構成されており、前記２次元パッチは、電磁波の発信および／または受信のためのものであり、前記パッチは、互いに直交する２つの座標軸によって定められる平面に沿って広がっており、前記給電線は、信号エネルギーをパッチに向けておよび／またはパッチから転送するためにパッチに連結されており、前記誘電体ロッドは、前記電磁波を発信および／または受信するためのものであり、前記ロッドは、第1の２つの座標軸によって定められる平面の外側にある第３座標軸の方向に、パッチから縦に伸びており、前記金属ホルダは、パッチとロッドとの間で前記電磁波を転送するために、パッチとロッドとに連結されている。

さらに、前述の目的は、請求項１４に記載のロッドアンテナの操作方法によって達成される。

本発明に基づく方法は、２次元パッチによって電磁波を発信および／または受信し、ここで、前記パッチが互いに直交する２つの座標軸によって定められる平面に沿って広がっているステップと、パッチに連結された給電線によって、信号エネルギーをパッチに向けておよび／またはパッチから転送するステップと、誘電体ロッドによって、前記電磁波を発信および／または受信し、ここで、前記ロッドが、第1の２つの座標軸によって定められる平面の外側にある第３座標軸の方向にパッチから縦に伸びているステップと、パッチとロッドとに連結された金属ホルダによって、パッチとロッドとの間で前記電磁波を転送するステップとから構成される。

給電線が、第1の２つの座標軸のうち１つに沿って伸びているか、あるいは第1の２つの座標軸に直交していることが好ましい。
さらに、金属ホルダの長さが、電磁波の波長と等しいことが好ましい。
１つの実施形態においては、金属ホルダの長さが、電磁波の波長の半分と等しい。
ロッドが第1の２つの座標軸によって定められる平面に直交する方向に伸びている場合もある。
ロッドが、卵形または楕円形または円形または長方形の断面を持つことが好ましい。
ロッドの端から端のどの部分においても、ロッドの断面の形と大きさが一定である場合もある。
ロッドが、一端に向かって次第に細くなる場合もある。
ロッドが、先端部の平面（ｔｏｐ ｐｌａｎｅ）を持つことが好ましい。
先端部の平面の標準化された方向が、第３の座標軸の方向に伸びている場合もある。
先端部の平面の標準化された方向が、第３の座標軸と異なる方向に伸びている場合もある。

アンテナアレイが、前記の請求項のいずれかに従う少なくとも１つのロッドアンテナの少なくとも２つのグループから構成されており、１つのグループのロッドアンテナが、別のグループのロッドアンテナの発信方向とは異なる発信方向を持つことが好ましい。

本発明の好適な実施形態は、添付図面に関してさらに詳細に説明され、以下に記述される。
以下に、本発明に基づくロッドアンテナ１が記述される。本アンテナは、例えばトランシーバや電源装置のように、アンテナとして機能するために必要なさらなる特徴も持っている点に注意すべきである。これらの特徴は、明確化のために、以下では説明されておらず、図にも示されていない。

図１は、本発明に基づくロッドアンテナ１の概略図である。アンテナ１は、電磁波を発信および／または受信するための２次元パッチ２から構成されている。パッチ２は、互いに直交する２つの座標軸によって定められる平面に沿って広がっており、図１では、その２つの座標軸はｘとｙで示されている。給電線３は、パッチ２に向けておよび／またはパッチ２から信号エネルギーを転送するために、パッチ２に連結されている。アンテナ１は、さらに、２次元パッチ２によって発信および／または受信された前記電磁波を発信及び／または受信するための誘電体ロッド５から構成されている。ここで、ロッド５は、第３の座標軸の方向に、パッチ２から縦に伸びており、第３の座標軸は、第１の２つの座標軸によって定められる平面の外側にある。図１では、第３の座標軸はｚで示されている。

金属ホルダ４は、前記電磁波をパッチ２とロッドとの間で転送するために、パッチ２とロッド５とに連結されている。金属ホルダ４は、パッチ２に連結されており、ロッド５を部分的に取り囲んでいる。金属ホルダ４は、導波管として作用し、３次元ロッド５と２次元パッチ２との間で電磁波を転送する。高い利得と小さなサイドローブを達成するために、金属ホルダの高さは、電磁波の波長と等しくされるか、または電磁波の波長の半分と等しくされる。

パッチ２は、ロッドアンテナ１のロッド５のための給電回路として利用できる。パッチ２を用いて、回路のマッチングが制御される。
本発明に基づくロッドアンテナ１を用いた給電は、３次元の導波管給電にも、利用可能な他のあらゆるタイプの給電にも限定されない。このことは、異なるデバイスへのロッドアンテナの実装を可能とし、アンテナ１は容易に異なるアプリケーションの要件に適応される。

図２は、本発明に基づくアンテナ１の金属ホルダ４とロッド５とを示している。金属ホルダ４は、ロッド５の位置を調整し、利得とサイドローブ特性（ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）とを制御するために用いられる。ロッド５は、卵形や楕円形や円形や長方形やその他あらゆる形の断面を持つ。さらに、ロッド５の断面の大きさと形とは、ロッド５の端から端のどの部分においても一定である場合もあるし、あるいはロッド５は一端に向かって次第に細くなる場合もある。本発明の好適な実施形態においては、ロッド５は、円柱か円錐か楕円錐の形をしている。

図３は、本発明に基づく２次元パッチ２の１つの実施形態を示している。パッチ２には、あらゆるタイプの２次元放射素子（ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ）を利用することができる。図３に示されたように、パッチ２は、給電線３と放射素子７とから構成されている。パッチ２は、金属グラウンド板（ｇｒｏｕｎｔ ｐｌａｔｅ）上で誘電物質の上に導電線を持つマイクロストリップラインとして実装されることができる。さらに、２次元パッチには、スロットや他のあらゆる種類の放射素子を用いることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態を示している。アンテナ１のロッド５は、第３の座標軸ｚの方向に伸びている。ここで、座標軸ｚは、第１の２つの座標軸ｘとｙによって定められる平面の外側にある。さらに、前記平面の外側において、第３の座標軸ｚは、あらゆる方向をとりうる。したがって、図４に示されるように、ロッド５は座標軸ｘとｙによって定められる平面と直交する方向であっても良いし、直交する方向とは離れて傾斜している場合もある。アンテナ１の発信方向は、ロッドアンテナ１の傾斜角度を変えることによって、制御されることが可能である。

更なる実施形態では、ロッドアンテナ１は、半球の広い角度をカバーするアンテナアレイのために用いられることが可能である。ここで、ロッドアンテナ１の少なくとも２つのグループがアンテナアレイ内に実装されている。それぞれのグループは、少なくとも１つの本発明に基づくロッドアンテナ１から構成されている。さらに、それぞれのグループは、他のグループの発信方向とは異なる発信方向を持つ。ここで、発信方向は、ロッドアンテナ１のロッド５の傾斜角度を変えることによって得られる。その後、制御回路を用いて異なるグループ間で電磁波を発信および／または受信するために変更することができ、そこで、半球の広い角度をカバーするために、実際の発信方向が変えられる。
アンテナ１は、先端部の平面６を持たないロッド５から構成される場合もあることに注意すべきである。

図５ａは、直線偏波（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）に関する、本発明に基づくロッドアンテナ１の実施形態を示しており、図５ｂは、円偏波（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｏｌａｒｉｓｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｗａｖｅ）に関する、本発明に基づくロッドアンテナ１の実施形態を示している。ロッドアンテナ１のロッド５は、ここでは先端部の平面６から構成されている。先端部の平面６の方向に依存して、ロッドアンテナ１は、直線偏波あるいは円偏波に用いられる。図５ａに示されたように、先端部の平面６が第３の座標軸ｚに対して対称である場合は、アンテナは直線偏波に用いられる。図５ｂに示されたように、先端部の平面６が第３の座標軸ｚに対して非対称である場合は、アンテナは円偏波に用いられる。

詳細が図６ａ〜６ｃに示されているように、先端部の平面６の標準化された方向に依存して、ロッドアンテナ１は、異なる種類の偏波に用いられる。給電線３が−ｙ方向をさしていると仮定すると、図６ａは右方向の円偏波に関するロッド５を示している。図６ａによれば、先端部の平面６の標準化された方向は、−ｘかつ＋ｚの方向を向いている。図６ｂに示されるように、ロッド５を左方向の円偏波に適応するためには、先端部の平面６の標準化された方向は、＋ｘかつ＋ｚの方向を向いている。図６ｃに示されるように、ロッド５を直線偏波に適応するためには、先端部の平面６の標準化された方向は、ｚ軸の方向を向いている。
給電線３の方向は、第１の２つの座標軸の１方に限定されず、あらゆる他の方向をとる場合がある、例えば、給電線は第１の２つの座標軸と直交する場合もある、ということに注意すべきである。
本アンテナは、無線通信などに関する携帯端末のような、小さな消費者製品に実装されることができる。

本発明に基づくロッドアンテナの概略図である。 本発明に基づくロッドアンテナの一部分を示した説明図である。 本発明に基づくロッドアンテナのパッチと給電線を示した説明図である。 本発明に基づく傾斜したロッドアンテナを示した説明図である。 図５は、図５ａと図５ｂとからなる。本発明に基づくロッドアンテナの第１実施形態と第２実施形態を示した説明図である。 図６は図６ａと図６ｂと図６ｃとからなる。本発明に基づくロッドアンテナの別の実施形態の一部を示した説明図である。

Claims (14)

1. ロッドアンテナであって、
   ２次元パッチ（２）と給電線（３）と誘電体ロッド（５）と金属ホルダ（４）とから構成されており、
   前記２次元パッチ（２）は、電磁波の発信および／または受信のためのものであり、前記パッチ（２）は、互いに直交する２つの座標軸によって定められる平面に沿って広がっており、
   前記給電線（３）は、信号エネルギーをパッチ（２）に向けておよび／またはパッチ（２）から転送するためにパッチ（２）に連結されており、
   前記誘電体ロッド（５）は、前記電磁波を発信および／または受信するためのものであり、前記ロッド（５）は、第1の２つの座標軸によって定められる平面の外側にある第３座標軸の方向に、パッチ（２）から縦に伸びており、
   前記金属ホルダ（４）は、パッチ（２）とロッド（５）との間で前記電磁波を転送するために、パッチ（２）とロッド（５）とに連結されている
   ことを特徴とするアンテナ。
2. 請求項１に記載のアンテナであって、給電線（３）が、第1の２つの座標軸のうち１つに沿って伸びているか、あるいは第1の２つの座標軸に直交していることを特徴とするアンテナ。
3. 請求項１または２に記載のアンテナであって、金属ホルダ（４）の長さが、前記電磁波の波長と等しいことを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１または２に記載のアンテナであって、金属ホルダ（４）の長さが、前記電磁波の波長の半分と等しいことを特徴とするアンテナ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナであって、ロッド（５）が第1の２つの座標軸によって定められる平面に直交する方向に伸びていることを特徴とするアンテナ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナであって、ロッド（５）が、卵形または楕円形または円形または長方形の断面を持つことを特徴とするアンテナ。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナであって、ロッド（５）の端から端のどの部分においても、ロッド（５）の断面の形と大きさが一定であることを特徴とするアンテナ。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナであって、ロッド（５）が、一端に向かって次第に細くなることを特徴とするアンテナ。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナであって、ロッド（５）が、先端部の平面（６）を持つことを特徴とするアンテナ。
10. 請求項９に記載のアンテナであって、先端部の平面（６）の標準化された方向が、第３の座標軸の方向に伸びていることを特徴とするアンテナ。
11. 請求項９に記載のアンテナであって、先端部の平面（６）の標準化された方向が、第３の座標軸と異なる方向に伸びていることを特徴とするアンテナ。
12. アンテナアレイであって、前記アンテナアレイが、前記の請求項のいずれかに従う少なくとも１つのロッドアンテナ（１）の少なくとも２つのグループから構成されており、１つのグループのロッドアンテナ（１）が、別のグループのロッドアンテナ（１）の発信方向とは異なる発信方向を持つアンテナアレイ。
13. 前記の請求項のいずれかに従うアンテナから構成される携帯端末。
14. ロッドアンテナを操作する方法であって、前記方法のステップが、
    ２次元パッチ（２）によって電磁波を発信および／または受信し、ここで、前記パッチ（２）が互いに直交する２つの座標軸によって定められる平面に沿って広がっているステップと、
    パッチ（２）に連結された給電線（３）によって、信号エネルギーをパッチ（２）に向けておよび／またはパッチ（２）から転送するステップと、
    誘電体ロッド（５）によって、前記電磁波を発信および／または受信し、ここで、前記ロッド（５）が、第1の２つの座標軸によって定められる平面の外側にある第３座標軸の方向にパッチ（２）から縦に伸びているステップと、
    パッチ（２）とロッド（５）とに連結された金属ホルダ（４）によって、パッチ（２）とロッド（５）との間で前記電磁波を転送するステップと
    から構成される方法。

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