(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ半円形状の１対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの上部に所定の間隔を保って配置されたほぼ半円形状の１対のアンテナ素子からなる第２のアンテナと、
前記第１の下部に所定の間隔を保って配置されたほぼ半円形状の１対のアンテナ素子からなる第３のアンテナと、
前記第１のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の中央部に給電する給電手段と、
前記第１のアンテナと同位相の電流が第２のアンテナ及び第３のアンテナに流れるように第１のアンテナと第２のアンテナとの間、及び第１のアンテナと第３のアンテナとの間を接続する給電線路と
を具備したことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項２】
ほぼ半円形状の１対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの上部に所定の間隔を保って配置されたほぼ半円形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたアームからなる第２のアンテナと、前記第１の下部に所定の間隔を保って配置されたほぼ半円形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたアームからなる第３のアンテナと、
前記第１のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の中央部に給電する給電手段と、
前記第１のアンテナと同位相の電流が第２のアンテナ及び第３のアンテナに流れるように第１のアンテナと第２のアンテナとの間、及び第１のアンテナと第３のアンテナとの間を接続する給電線路と
を具備したことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項３】
ほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの上部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ／８の長さを有するアームからなる第２のアンテナと、
前記第１の下部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ／８の長さを有するアームからなる第３のアンテナと、
前記第１のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の中央部に給電する給電手段と、
前記第１のアンテナと同位相の電流が第２のアンテナ及び第３のアンテナに流れるように第１のアンテナと第２のアンテナとの間、及び第１のアンテナと第３のアンテナとの間を接続する給電線路と
を具備したことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項４】
請求項３記載の水平偏波無指向性アンテナ装置において、第１ないし第３のアンテナを構成する各アンテナ素子をほぼ台形に形成したことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項５】
請求項３記載の水平偏波無指向性アンテナ装置において、第１ないし第３のアンテナを構成する各アンテナ素子の一方を誘電体基板の一方の面に設け、前記各アンテナ素子の他方を前記誘電体基板の他方の面に設けたことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項６】
請求項２、３、４又は５記載の水平偏波無指向性アンテナ装置の外側にレドームを設けたことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項７】
請求項２、３、４又は５記載の水平偏波無指向性アンテナ装置を多段に設けたことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動通信基地局等に用いられる水平偏波無指向性アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話やＰＨＳ等における移動通信基地局では、移動体との間で通信を行なうためにアンテナの特性は無指向性なものが要求される。このため例えばＰＨＳの移動通信基地局では、現在、垂直偏波無指向性のコリニアアンテナが多く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来では、移動体通信用アンテナとして垂直偏波無指向性のコリニアアンテナが一般的に使用されているが、最近では水平偏波無指向性アンテナの利用も考えられている。しかし、水平偏波無指向性アンテナは、一般に垂直偏波無指向性アンテナに比較してその直径が大きくなってしまい、重量、風圧荷重などの点で不利であるという問題がある。このため従来では、水平偏波無指向性アンテナはあまり使用されていない。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能な水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水平偏波無指向性アンテナ装置は、ほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第１のアンテナと、前記第１のアンテナの上部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ／８の長さを有するアームからなる第２のアンテナと、前記第１の下部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ／８の長さを有するアームからなる第３のアンテナと、前記第１のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の中央部に給電する給電手段と、前記第１のアンテナと同位相の電流が第２のアンテナ及び第３のアンテナに流れるように第１のアンテナと第２のアンテナとの間、及び第１のアンテナと第３のアンテナとの間を接続する給電線路とを具備したことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成とすることにより、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能であり、かつ、水平面内指向性を偏差が１ｄＢ以内の無指向性とすることができる。また、第２のアンテナ及び第３のアンテナを構成するアンテナ素子に設けたアームの長さ及び間隔等を微細調整することにより、水平面内指向性を調整することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の基本的な構成を示したものである。
【０００８】
図１において、１は第１のアンテナで、ほぼλ（波長）／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子１ａ、１ｂを向かい合わせて配置し、各アンテナ素子１ａ、１ｂの中央部に設けた給電点２ａ、２ｂより給電する。この場合、アンテナ素子１ａ、１ｂに流れる電流ｉが逆位相となるように給電位相を設定する。
【０００９】
そして、上記第１のアンテナ１の上部にほぼλ／４の間隔を保って第２のアンテナ３を配置する。この第２のアンテナ３は、ほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子３ａ、３ｂを向かい合わせて配置し、その先端にほぼλ／８のアーム４ａ、４ｂを第１のアンテナ１側に向けて並行に設けている。また、第１のアンテナ１と同位相の電流ｉが第２のアンテナ３に流れるように第１のアンテナ１と第２のアンテナ３の端部間を給電線路５により接続する。
【００１０】
また、上記第１のアンテナ１の下部にほぼλ／４の間隔を保って第３のアンテナ６を配置する。この第３のアンテナ６は、第２のアンテナ３と同様にほぼλ／４の長さを有するほぼ半円形状の１対のアンテナ素子６ａ、６ｂを向かい合わせて配置し、その先端にほぼλ／８のアーム７ａ、７ｂを第１のアンテナ１側に向けて並行に設けている。また、第１のアンテナ１と同位相の電流ｉが第３のアンテナ６に流れるように第１のアンテナ１と第３のアンテナ６の端部間を給電線路８により接続する。
【００１１】
上記の構成において、第２のアンテナ３のアーム４ａ、４ｂの間隔Δｇ、及び第３のアンテナ６のアーム７ａ、７ｂの長さ及び間隔Δｇ等を微細調整することにより、水平偏波の水平面内指向性が無指向性となるように調整する。上記アーム４ａと４ｂ、アーム７ａと７ｂに流れる電流は逆位相となるので、電波の放射は発生しない。
【００１２】
一方、第１のアンテナ１は、アンテナ素子１ａと１ｂに逆位相の電流が流れるが、流れる方向が同じになるので電波の放射が発生する。また、第２のアンテナ３及び第３のアンテナ６は、第１のアンテナ１と同じ位相の電流が流れるので、電波の放射が効率的に行なわれる。
【００１３】
次に、上記水平偏波無指向性アンテナ装置の具体的な構成例について、図２ないし図６を参照して説明する。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の正面側の斜視図、同図（ｂ）は裏面側の斜視図である。また、図３はアンテナ素子単体の具体例を示す斜視図、図４（ａ）は給電回路部分を示す正面図、図４（ｂ）は同裏面図、図５は全体の構成を示す側面図、図６はアンテナをレドームに装着した状態を示す断面図である。
【００１４】
図２において、１１は誘電体基板、例えば銅箔基板で、例えば比誘電率２．６、厚さ１．６ｍｍ程度のものを使用している。そして、上記基板１１の正面側には、図２（ａ）に示すように第１、第２、第３のアンテナ１、３、６の一方のアンテナ素子１ａ、３ａ、６ａをほぼλ／４の間隔で装着する。
【００１５】
また、基板１１の裏面には、図２（ｂ）に示すように第１、第２、第３のアンテナ１、３、６の他方のアンテナ素子１ｂ、３ｂ、６ｂを上記正面側のアンテナ素子１ａ、３ａ、６ａに対向する位置に装着する。上記アンテナ１、３、６の各素子は、例えば銅あるいは真鍮等の導体を使用し、ブルースアンテナと呼ばれる形状（１辺がλ／４のメアンダライン）をＣ型に構成したものである。この場合、アンテナ素子の加工を容易にするために多角形例えば台形状に形成し、また、高効率化のために板状としている。更に、基板１１上には、第２のアンテナ３のアーム４ａ、４ｂ及び第３のアンテナ６のアーム７ａ、７ｂを設ける。上記アーム４ａ、４ｂ及びアーム７ａ、７ｂは、長さがλ／８のマイクロストリツプラインによって形成する。
【００１６】
図３は、アンテナ素子１ａ、３ａの単体の具体的な構成例を示したものである。第１のアンテナ１を構成するアンテナ素子１ａは、その中央部で給電するために２つの素子に分割している。
【００１７】
また、図２（ａ）、図４（ａ）に示すように基板１１の正面側には、マイクロストリツプライン１２で構成した給電線路を設けている。マイクロストリツプライン１２は、基板１１の基部より第３のアンテナ６に向けて設け、途中で分岐部１３により２分配する。
【００１８】
一方、基板１１の裏面側の基部には、図２（ｂ）、図４（ｂ）に示すようにテーパーバラン１４を設け、分岐部１３により２分配したマイクロストリツプライン１２と共に第１のアンテナ１のアンテナ素子１ａ、１ｂの給電点に接続する。この場合、分岐部１３で分岐したマイクロストリツプライン１２の一方、及びテーパーバラン１４の一方の先端部を基板１１に設けたスルーホール１５を介して基板１１の反対側に位置させ、位相を反転してアンテナ素子１ａ、１ｂに給電するように構成している。
【００１９】
更に、第１のアンテナ１のアンテナ素子１ａ、１ｂと第２のアンテナ３のアンテナ素子３ａ、３ｂとの間、及び第１のアンテナ１のアンテナ素子１ａ、１ｂと第３のアンテナ６のアンテナ素子６ａ、６ｂとの間は、それぞれ給電線路（マイクロストリツプライン）５、８により接続している。
【００２０】
そして、図４（ａ）、（ｂ）及び図５に示すように、基板１１の基部に外部接続用のコネクタ１６を装着し、マイクロストリツプライン１２及びテーパーバラン１４に接続する。
更に、上記アンテナの外側には、必要に応じて図６に示すようなレドーム１７を設けて保護する。
【００２１】
上記実施形態で示したように給電線路を形成した基板１１を中央に挟んで両側に第１、第２、第３のアンテナ１、３、６のアンテナ素子を装着し、また、アンテナ素子を板状に形成することにより、放射抵抗及び帯域を改善することができる。
【００２２】
上記水平偏波無指向性アンテナ装置において、中心周波数を１９０７ＭＨｚ、第１、第２、第３のアンテナ１、３、６の各アンテナ素子を全長５８ｍｍ（０．３６９λ）、全幅２４ｍｍ（０．１５３λ）に設定した場合、図７に示すリターンロス（Return Loss）特性、図８に示す水平面内指向性、図９に示す垂直面内指向性が得られた。なお、上記アンテナ装置では、レドーム１７として外径２９ｍｍ、厚さ１ｍｍのＦＲＰを使用し、アンテナ装置全体の全長を２０５ｍｍとした。
【００２３】
図７に示すリターンロス特性では、１．８９５〜１．９１８ＧＨｚにおいて、−１４ｄＢ（ＶＳＷＲ≒１．５）以下が得られた。このときの動作利得は、約２ｄＢｉであった。
【００２４】
図８に示す水平面指向性では、１ｄＢ以内の偏差で無指向性の特性が得られた。
図９に示す垂直面指向性では、水平方向に高い利得を有する８の字形の特性となっている。
上記のように１枚の基板１１上に簡易な形状のアンテナ素子を構成することにより、アンテナ素子と給電回路を一体化して軽量、かつ小型化が可能となり、細い直径で高利得の水平偏波無指向性アンテナ装置を実現することができた。
【００２５】
なお、上記実施形態では、アンテナを１段構成とした場合について示したが、更に、多段に構成することにより利得を向上することができた。例えば２段構成とした場合には約５ｄＢｉの動作利得、４段構成とした場合には約７ｄＢｉの動作利得を得ることができた。
【００２６】
図１０は、水平偏波無指向性アンテナ装置を４段構成とした場合の例を示したものである。基板１１は、多段構成に合わせて長さを設定し、第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４を所定の間隔を保って装着する。この第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４は、前述した１段構成のアンテナと同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
また、基板１１の正面側には、予めマイクロストリツプライン１２で構成した給電線路を設けている。マイクロストリツプライン１２は、基板１１の基部より第１段のアンテナ２１に向けて設け、途中で分岐部１３により２分配する。この２分配した給電線路を基板１１の中央部、すなわち、第２段のアンテナ２２と第３段のアンテナ２３の間まで延長し、この中央部分に分岐部２５を設けて上下方向（第２段のアンテナ２２と第３段のアンテナ２３の方向）に分岐する。また、分岐部２５には、スルーホール２６を設ける。
【００２８】
一方、基板１１の裏面側の基部には、上記１段構成の場合と同様にテーパーバランを設け、このテーパーバランの一方の先端とマイクロストリツプライン１２の一方とをスルーホール２６で交差させて位相を反転する。
【００２９】
そして、分岐部２５で下方向に分岐したマイクロストリツプライン１２は、第１段のアンテナ２１と第２段のアンテナ２２の間まで延長し、ここで分岐部２７により上下方向に分岐して第１段のアンテナ２１と第２段のアンテナ２２に給電する。
【００３０】
また、上記分岐部２５で上方向に分岐したマイクロストリツプライン１２は、第３段のアンテナ２３と第４段のアンテナ２４の間まで延長し、ここで分岐部２８により上下方向に分岐して第３段のアンテナ２３と第４段のアンテナ２４に給電する。
【００３１】
また、基板１１の裏面側においても、同様にして第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４に給電する。
上記の給電手段により、第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４に対して同一の条件で給電することができる。
【００３２】
上記４段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置では、図１１に示す水平面内指向性、図１２に示す垂直面内指向性が得られた。
【００３３】
図１１に示す水平面内指向性では、１段構成のアンテナ装置と同様に１ｄＢ以内の偏差で無指向性の特性が得られた。
また、図１２に示す垂直面内指向性では、動作利得の向上により、１段構成のアンテナ装置よりも鋭い８の字形の特性が得られた。
【００３４】
なお、上記実施形態では、１．９ＧＨｚ帯のＰＨＳアンテナを例として説明したが、携帯電話の基地局や、更に高い周波数の無線ＬＡＮ機器等においても実施し得るものである。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能であり、かつ、水平面内指向性を偏差が１ｄＢ以内の無指向性とすることができる高利得の水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することができる。また、第２のアンテナ及び第３のアンテナを構成するアンテナ素子に設けたアームの長さ及び間隔等を微細調整することにより、水平面内指向性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の基本構成図。
【図２】（ａ）は同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の具体的な構成例を示す正面側の斜視図、（ｂ）は同裏面側の斜視図。
【図３】同実施形態におけるアンテナ素子単体の具体例を示す斜視図。
【図４】（ａ）は同実施形態における給電回路部分を示す正面図、（ｂ）は同裏面図。
【図５】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の側面図。
【図６】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の断面図。
【図７】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置のリターンロス特性を示す図。
【図８】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の水平面内指向性を示す図。
【図９】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の垂直面内指向性を示す図。
【図１０】本発明に係る水平偏波無指向性アンテナ装置を４段構成とした場合の正面図。
【図１１】４段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置の水平面内指向性を示す図。
【図１２】４段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置の垂直面内指向性を示す図。
【符号の説明】
１…第１のアンテナ
１ａ、１ｂ…アンテナ素子
２ａ、２ｂ…給電点
３…第２のアンテナ
３ａ、３ｂ…アンテナ素子
４ａ．４ｂ…アーム
５…給電線路
６…第３のアンテナ
６ａ、６ｂ…アンテナ素子
７ａ、７ｂ…アーム
８…給電線路
１１…基板
１２…マイクロストリツプライン
１３…分岐部
１４…テーパーバラン
１５…スルーホール
１６…コネクタ
１７…レドーム
２１…第１段のアンテナ
２２…第２段のアンテナ
２３…第３段のアンテナ
２４…第４段のアンテナ
２５…分岐部
２６…スルーホール
２７、２８…分岐部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003691007.tif 000009
【図９】
0003691007.tif 000010
【図１０】
0003691007.tif 000011
【図１１】
0003691007.tif 000012
【図１２】
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