(57)【要約】【課題】直列給電方式のコリニアアレーアンテナの垂直面内指向性の周波数偏差を補正することができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置であって、放射素子の軸線方向と交差する方向に直線状または曲線状に延びる帯状の無給電素子を備え、無給電素子に長手方向に延びるスロットを形成され、帯状の無給電素子を平面に展開した場合において、長手方向に延びるスロットの長さが半波長になっている。そして、放射素子の軸線方向の中心位置から放射素子の端部の方向へ無給電素子をシフトして配置される。【選択図】図１
2010045649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置であって、
放射素子の軸線方向と交差する方向に直線状または曲線状に延びる帯状の無給電素子を備え、
前記無給電素子に長手方向に延びるスロットを形成したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記放射素子の軸線方向の中心位置から前記放射素子の端部の方向へ前記無給電素子をシフトして配置したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
ビーム方向の周波数偏差に応じて、前記無給電素子のシフト量を変化させたことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記帯状の無給電素子を円筒状に形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記放射素子の軸線に直交する平面内の指向性に応じて、前記帯状の無給電素子を円弧状に形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記帯状の無給電素子を平面に展開した場合において、前記長手方向に延びるスロットの長さが半波長であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記放射素子と前記無給電素子との間に誘電体を挿入したことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリーズ（直列）給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＰＨＳ（Personal Handy-phone System）の基地局用アンテナやトランクリッドアンテナとして、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置が知られている。図６に示すように、直列給電のコリニアアレーアンテナは、直列に配置した放射素子１ａ、１ｂ、１ｃにより、同軸線路を半波長（λ／２）で交互に繰り返すことで、簡易な構造で実現できるという特徴を有している。
【０００３】
なお、先行技術として、インピーダンス整合を取ることを目的として、無給電素子を備えた直列給電アンテナ装置がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平０７−２０２５６３号公報
【特許文献２】特許第３４４４０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、直列給電方式のコリニアアレーアンテナは、周波数帯域が狭く、対象の周波数を外れると垂直面内指向性の主ビーム方向に電気チルトがかかってしまう。したがって、現在では、送受信周波数が同じであるＴＤＤ（Time Division Duplex）方式で周波数帯域の狭いＰＨＳの基地局アンテナなどに限定して用いられている。
【０００５】
携帯電話移動通信に用いられる周波数配置では、８００ＭＨｚ帯では送信と受信の中心周波数で５５ＭＨｚ、２ＧＨｚ帯は１９０ＭＨｚ離れている。図７は、４素子直列給電アンテナで２ＧＨｚ帯移動通信用基地局用に設計した場合の垂直面内指向性を示す図である。図７に示すように、直列給電アンテナでは、上りの通信に用いる１９２０ＭＨｚ帯域ではチルト０度に対して、２０２５ＭＨｚ帯域では、チルトが３度天空方向にかかってしまい、下りの通信に用いる２１３０ＭＨｚ帯域ではチルトが８度天空方向にかかってしまうという現象が発生する。具体的には運用周波数が設計周波数より高くなると天空側にチルトが生じ、運用周波数が設計周波数より低くなると地上側にチルトが生じる。
【０００６】
送信と受信で周波数が離れているＦＤＤ（Frequency Division Duplex）方式の場合、チルトがかかった状態で利用すると、送信と受信では形成ゾーンが異なるため、通信ができないエリアが生じてしまうという問題がある。またＴＤＤ方式であっても、その周波数帯域が広い場合、低い周波数を使うチャネルと高い周波数を使うチャネルでエリアが異なることから、セルラー方式を構成する場合、チャネルによってオーバーラップ領域が異なり、エリア品質を劣化させる要因となる。このように周波数帯が送信と受信で離れている場合、直列給電方式のコリニアアレーアンテナでは周波数偏差が生じ、具体的には垂直面内ビーム方向が送信と受信で異なるという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、直列給電方式のコリニアアレーアンテナの垂直面内指向性の周波数偏差を補正することができる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】
【０００８】
本発明は、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置であって、放射素子の軸線方向と交差する方向に直線状または曲線状に延びる帯状の無給電素子を備え、前記無給電素子に長手方向に延びるスロットを形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明は、前記放射素子の軸線方向の中心位置から前記放射素子の端部の方向へ前記無給電素子をシフトして配置したことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、ビーム方向の周波数偏差に応じて、前記無給電素子のシフト量を変化させたことを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記帯状の無給電素子を円筒状に形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、前記放射素子の軸線に直交する平面内の指向性に応じて、前記帯状の無給電素子を円弧状に形成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記帯状の無給電素子を平面に展開した場合において、前記長手方向に延びるスロットの長さが半波長であることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記放射素子と前記無給電素子との間に誘電体を挿入したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、無給電素子を備えることによって、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置の垂直面内指向性の周波数偏差を補正することができるという効果が得られる。また、無給電素子を放射素子の軸方向にシフトして配置することにより、垂直面内指向性の周波数偏差の量を調整することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態による直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態における無給電素子の構成を示すブロック図である。この図において、図６に示す従来の装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が従来の装置と異なる点は、放射素子１ａに無給電素子２を設けた点である。図１（ｂ）においては、放射素子１ｂ、１ｃを省略しているが、これらにも同様に無給電素子２が設けられている。
【００１７】
図１（ａ）は、無給電素子２の展開図である。無給電素子２は、短手方向の寸法が（２ａ＋ｂ）、長手方向の寸法が（ｄ＋ｃ）のアルミや鉄の導体の板で構成され、長手方向に延びる長さｄ、幅ｂのスロット（穴）が設けられている。ここで、波長をλとすると、展開図の各部の寸法は、以下の通りである。すなわち、ａ＝０．０２λ〜０３λ、ｂ＝０．０１５λ〜０．０５λ、ｃ＝０．０１５λ〜０．０５λ、ｄ＝λ／２である。この無給電素子２を円筒状に加工し、円筒状の放射素子１ａと同心となるように配置する（図１（ｂ）参照）。そして、放射素子１ａと無給電素子２の間には、発泡スチロール等の誘電体を挿入して公知の方法によって放射素子１ａに無給電素子２を固定する。
【００１８】
次に、図１に示す無給電素子２の放射素子１ａに対する配置関係を変化させることによって、ビーム方向の周波数偏差を補正する方法について説明する。周波数によって、ビームピーク方向が異なる問題について、放射素子１ａの軸方向の中心から軸方向に沿って放射素子の端部方向に無給電素子２の配置位置をシフトして、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置の周波数特性に対し、逆の周波数特性を与えることでチルトの補正を行うことができる。従来の無給電素子は、共振するために鉛直方向（放射素子１ａの軸方向）に約半波長の長さを有するが、このままで上下方向（軸方向に沿った方向）にシフトした場合、隣接の放射素子に対して被ることになり、シフト量が限られてしまう。本発明では、無給電素子２の円周方向に長さ約半波長のスロットが設けることにより、垂直偏波を励振させて、高さ方向を抑制することができるため上下方向（放射素子１ａの軸方向）のシフト量を大きくすることが可能となる。
【００１９】
図２は、図６に示す直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置を構成する３つの放射素子１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれに図１に示す無給電素子２を設けた場合に、無給電素子２を放射素子１ａ、１ｂ、１ｃの軸方向に沿って端部方向（上方向）へシフトした状態を示す図である。図２（ａ）は、無給電素子２を放射素子１ａ、１ｂ、１ｃの軸方向の中心に配置した状態（放射素子の軸方向の中心と無給電素子２のスロットの位置が一致している状態）を示す図であり、シフト量が０である（シフトなし）。図２（ｃ）は、無給電素子２の端部と放射素子の端部が一致する状態になるまで無給電素子２を軸方向に沿って端部方向へシフトした状態を示す図である。図２（ｃ）に示す状態が無給電素子２のシフト量が最大の状態である。図２（ｂ）は、シフト量が０と最大の中間（シフト量が最大値の１／２）の状態である。
【００２０】
次に、図２に示す各シフト量（シフトなし、シフト量１／２、シフト量最大）について、ビームピークがどのように変化するかを説明する。図３は、各シフト量（シフトなし、シフト量１／２、シフト量最大）について、放射素子が１素子である計算機シミュレーションモデルを用いて、周波数毎の垂直面（放射素子の軸方向と平行面）内指向性を求めた結果を示す図である。図４は、各シフト量について、ビームのピーク方向を周波数毎にプロットした図である。
【００２１】
図３、図４から明らかなように、無給電素子２をシフトさせることにより、ビームピークの方向を調整できることが分かる。例えば、無給電素子２のシフト量が最大値の１／２である場合（図２（ｂ））は、８度の調整が可能であり、無給電素子２のシフト量が最大の場合は１７度の調整が可能である。
【００２２】
このように、無給電素子２を放射素子１ａ、１ｂ、１ｃの軸方向に沿って端部方向へシフトさせて配置することによって、ビームピークの方向を調整することが可能である。
【００２３】
なお、図１（ａ）に示す無給電素子２は、必要とする水平面（放射素子の軸方向と直交する面）内指向性に応じて、円弧状に加工するようにしてもよい。図５は、図１に示す無給電素子２の加工方法を変えた例を示す図である。図５は、図１（ｂ）に示すように、図１（ａ）に示す無給電素子２を円筒状に加工した例である。このように加工することによって、水平面内指向性を無指向性とすることができる。図５（ｂ）、（ｃ）は、図１に示す無給電素子２を円弧状に加工した例である。このように加工することによって、水平面内に指向性を持たせることが可能である。さらに、水平面内指向性を狭くする場合は、図１に示す無給電素子２を円筒または円弧状に加工することなく平面のまま使用してもよい。このように、図１（ａ）に示す無給電素子２の加工方法を変化させることによって水平面内の指向性を有するアンテナ装置を実現することができる。
【００２４】
以上説明したように、放射素子の軸方向にシフトさせた無給電素子を用いることにより、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置における周波数偏差を補正することが可能となる。直列給電方式のコリニアアレーアンテナの構造は簡易であることから、円筒状の無給電素子を備えるのみで安価な無指向性アンテナを実現することができる。また、ビーム方向に対して円弧状の無給電素子を用いることにより、無指向性に限らず指向性を有するアンテナも実現可能である。このように、周波数帯域が広くなってもチルト方向が変わらない特性とすることができるため、従来帯域が広くて直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造のアンテナ装置を用いることができなかった無線通信システムであってもバランスのとれた通信エリアを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す展開図及び斜視図である。
【図２】図１に示す無給電素子２のシフト量を変化させた状態を示す説明図である。
【図３】図２に示すシフト量別の垂直面内指向性を示す図である。
【図４】図２に示すシフト量別のビームピーク方向と周波数の関係を示す図である。
【図５】図１に示す無給電素子２の変形例を示す図である。
【図６】従来技術による直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置を示す斜視図である。
【図７】図６に示す直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置の垂直面内指向性を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ａ、１ｂ、１ｃ・・・放射素子、２・・・無給電素子
【図１】
2010045649.tif 000003
【図２】
2010045649.tif 000004
【図３】
2010045649.tif 000005
【図４】
2010045649.tif 000006
【図５】
2010045649.tif 000007
【図６】
2010045649.tif 000008
【図７】
2010045649.tif 000009