(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心線の両側に矩形状の導体地板同士を対抗させ、両地板間に１枚の給電回路基板を配設し、前記導体地板の外面には、一対のアンテナ素子を一段又は中心線方向に多段に配設したアンテナであって、
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、それぞれ両地板の側端面をまたがる状態で曲げられて配置され、
前記給電回路基板に、両導体地板を貫通して前記一対のアンテナ素子に給電する給電ピンを立設し、
前記給電ピンの両端から、前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子に給電することを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ。
【請求項２】
前記両導体地板の側端面には、曲げ加工が施されている請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ。
【請求項３】
前記両導体地板の側端面には、両導体地板を短絡するための金属板が取り付けられている請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ。
【請求項４】
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、中心線方向から見てほぼ点対称に配置され、前記給電ピンは、給電回路基板の中心線上に立設されている請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ。
【請求項５】
前記一対のアンテナ素子を構成するアンテナ素子は、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げたものであり、その突出部に前記給電ピンが接続される請求項４記載の水平偏波無指向性アンテナ。
【請求項６】
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子の間には、導体地板と電気的に接続された遮蔽板が介在している請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ。
【請求項７】
アンテナ素子と導体地板との間には、誘電体が挿入されている請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＰＨＳや携帯電話の基地局等に利用できる水平偏波無指向性アンテナに関し、特に水平面内で良好な指向特性が得られる水平偏波無指向性アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信用のアンテナに要求される放射特性は、設置場所やカバーエリア等の条件に応じて様々であるが、特に、水平面内において無指向性であることが要求されるものが多い。この水平無指向性アンテナで多く用いられるものには、スリーブアンテナ等があり、その利得は単一型（一段）のもので２．１４ｄＢｉ程度である。また、ユーザの要求に応じて数段あるいは十数段に多段化された構成のものもあり、その利得は段数に応じて高利得となってくる。
【０００３】
前記高利得の水平無指向性アンテナとして、具体的に、アンテナ素子を縦に複数個並べて、基板の給電回路より並列給電を行うようにしたアンテナが提案されている（特開平８〜３４０２１１号公報参照）。この高利得水平無指向性アンテナは、複数の垂直偏波ダイポールアンテナ素子を縦方向に一列に並べ、またその給電点と各ダイポールアンテナ素子との間は、電気長でほぼ等しい長さの給電線（ストリップライン）をもって接続する構造をとっている。
【０００４】
具体的には、図１６（ａ）  （ｂ）  に示すように、縦長の地板２１にアンテナ素子２２を並べ（地板２１とアンテナ素子２２は絶縁されている）、基板２４の給電回路から給電ピン２３を通して、それぞれのアンテナ素子２２に給電するものである。裏側の地板２１にも同様にアンテナ素子２２を並べ、前記給電回路から給電ピン２３を通して給電している。
【０００５】
ところが、実際には、垂直偏波でなく、水平偏波を発射する水平無指向性アンテナが要求されることがある。
この場合は、例えば図１７（ａ）  に示すように、アンテナ素子を横に並べ変えることにより、水平偏波ダイポールアンテナとすることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、アンテナ素子２２ａ，２２ｂの長さＬ３（図１７（ａ）  参照）は、原理上０．５波長程度必要なので、アンテナ全体の横幅Ｌ２は、０．５波長よりも長いものとなる。この横幅Ｌ２は、垂直偏波を発射する場合の横幅Ｌ１（図１６（ａ）  参照）が０．２波長程度あれば済むのに比較して、かなり長いものである。つまり、水平偏波を発射する構造にすれば、アンテナの外径が大きくなり、それだけ、水平無指向性の特性を得ることが難しくなる。
【０００７】
しかも、アンテナ素子を横に並べる場合、表裏のアンテナ素子の給電位相を合わせるため、図１７（ｂ）  に示すように、表のアンテナ素子２２ａに対する給電点と、裏のアンテナ素子２２ｂに対する給電点の位置を反対にしなければならない。すなわち給電ピンが、一段あたり２本必要になる（２３ａと２３ｂ）。
このため、図１７（ｃ）  に示すように、給電ピン２３ａと２３ｂに給電するためのストリップライン２５を枝分かれさせる必要があり、給電回路の構造がさらに複雑になる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、良好な水平無指向性を有するとともに、アンテナ自体の外径も小さくて済む水平偏波無指向性アンテナを提供することである。
また、本発明の目的は、給電回路の構造がシンプルな水平偏波無指向性アンテナを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の水平偏波無指向性アンテナは、中心線の両側に矩形状の導体地板同士を対抗させ、両地板間に１枚の給電回路基板を配設し、前記導体地板の外面には、一対のアンテナ素子を一段又は中心線方向に多段に配設したアンテナであって、前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、それぞれ両地板の側端面をまたがる状態で曲げられて配置され、前記給電回路基板に、両導体地板を貫通して前記一対のアンテナ素子に給電する給電ピンを立設し、前記給電ピンの両端から、前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子に給電するものである（請求項１）。
【００１０】
この水平偏波無指向性アンテナの典型的な構造を図１を用いて説明する。
図１は、水平偏波無指向性アンテナを中心線方向から見た断面図であり、矩形状の導体地板は番号２１で表わされている。２４は給電回路基板である。一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子２２ｃ，２２ｄは、両地板２１の側端面２５をまたがって曲げられて配置されている。また、給電ピン２３が給電回路基板２４に立設され、給電ピンの両端は各アンテナ素子２２ｃ，２２ｄにつながっている。
【００１１】
このような水平偏波無指向性アンテナの構造であれば、各アンテナ素子２２ｃ，２２ｄが両地板２１の側端面２５をまたがるように曲げられているので、その曲げられた部分の長さＬ４により、アンテナ長を稼ぐことができる。したがって、図１７（ａ）  の先行技術のようにアンテナ長をＬ３のみで稼ぐのと比べて、コンパクトに仕立てることができる。いいかえれば、若干肉厚になるが、アンテナの横幅Ｌ２を長くしないで済むので、全体として、アンテナの断面寸法を減らすことができる。また、アンテナの断面寸法が減ったために、波源が小さくなり、無指向性が容易に得られる。
【００１２】
前記両導体地板の側端面には、曲げ加工が施されていることが好ましい（請求項２）。図１を参照すれば、導体地板２１の両端が２１ａで示すように曲げられている。この曲げのため、アンテナ素子２２ｃ，２２ｄの保持が確実になり、機械的強度が増す。
なお、導体地板２１とアンテナ素子２２ｃ，２２ｄとは、図１では、スペースがあるように描かれているが、実際にはこのスペースをなくして、ぴったりと電気的に接続するようにするのが通常である。しかし、製造上の理由（例えば素子を地板に固定する方法として素子と地板を接着シートで接着する場合）により、どうしても絶縁せざるを得ない場合は、絶縁物を詰めてもよい。絶縁物があっても薄ければ高周波的には導通しているとみなせるからである。絶縁物が厚くて素子と地板との間の静電容量が十分大きくとれず、高周波的に導通しているとみなすことができない場合には、素子の突出部等の非対称部分の影響が出る場合が考えられ、この影響を相殺するように素子の他の部分を非対称にする等の設計が必要になる。
【００１３】
前記両導体地板の側端面には、両導体地板を短絡するための金属板が取り付けられていることが好ましい（請求項３）。図１を参照すれば、側端面２５に金属板２６を貼りつけることになる。この金属板がないと、両導体地板の間でスロットアンテナができてしまい、不要な放射が発生し、アンテナの特性が乱れるからである。
【００１４】
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、中心線方向から見てほぼ点対称に配置され、前記給電ピンは、給電回路基板の中心線上に立設されていることが好ましい（請求項４）。また、素子の突出部を除き、素子や導体地板の断面形状・寸法は上下及び左右に対称であることが好ましい。この構造を図１を使って説明すると、給電ピン２３が基板２４の真ん中に立設され、各アンテナ素子２２ｃ，２２ｄは、同一形状で点対称に配置されている。このような構造であれば、図１に符号Ｅで示したとおりの点対称な電界分布となり、無指向性が得られ易くなる。
【００１５】
前記一対のアンテナ素子を構成するアンテナ素子は、図２に示すように、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げたものであり、その突出部２２ｃａに前記給電ピンが接続されてもよい（請求項５）。ただし、本発明では、断面コの字状のアンテナ素子に限られるものではなく、また、突出部２２ｃａが絶対必要になるというものではない。後述するように、いろいろな変形が可能である。
【００１６】
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子の間には、導体地板と電気的に接続された遮蔽板が介在していることが好ましい（請求項６）。
このような構造にすると、後述するように、アンテナ素子と遮蔽板との間で電界が発生し、それが波源になって、無指向性が得られ易くなる。
アンテナ素子と導体地板との間には、誘電体が挿入されていてもよい（請求項７）。これによれば、誘電体の波長短縮効果により、アンテナ素子寸法を小さくし、アンテナ外径を小さくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は、水平偏波無指向性アンテナの分解斜視図であり、図４は図３の水平偏波無指向性アンテナを側面からみた部分断面図、図５は図３の水平偏波無指向性アンテナを正面からみた立面図である。
【００１８】
この水平偏波無指向性アンテナは、金属性導体地板１ａ，１ｂ同士を対抗させ、両導体地板１ａ，１ｂ間に絶縁板２ａ，２ｂで両面をはさまれたプリント基板３を挟んでいる。前記導体地板１ａ，１ｂの外面には、それぞれアンテナ素子６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′を一定間隔ずつ離して配置している。また、金属板１ｃ，１ｄを側面に配置している。
【００１９】
導体地板１ａ，１ｂ、アンテナ素子６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′、金属板１ｃ，１ｄの材質は、導体であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウムや真鍮を使うことができる。
前記プリント基板３には、片面上にアンテナ素子６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′に給電するための配線であるストリップライン４，５が形成されている。ストリップライン４は、アンテナ素子６ａ，６ｂ，６ａ′，６ｂ′に給電ピン７ａ，７ｂを通して信号を供給し、ストリップライン５は、アンテナ素子６ｃ，６ｄ，６ｃ′，６ｄ′に給電ピン７ｃ，７ｄを通して信号を供給する。
【００２０】
図６は、図５のＸ−Ｘ線断面図である。導体地板１ａ，１ｂの両側はともに曲げ加工が施されて断面がコの字状になっており、絶縁板２ａ，２ｂとプリント基板３とを挟んだ図６の状態では、全体として断面がＨ形となっている。
両導体地板１ａ，１ｂの側端面には、両導体地板を短絡するための金属板１ｃ，１ｄが取り付けられている。
【００２１】
給電ピン７ａは、導体地板１ａ，１ｂ、絶縁板２ａ，２ｂ、プリント基板３を貫通する形で図示されているが、実際にはプリント基板３上のストリップライン４の所定の部位に半田付けされ、アンテナ素子６ａ，６ａ′にも半田付けされている。しかし、給電ピン７ａにねじを切ってアンテナ素子６ａ，６ａ′をナットで締めつけるようにしてもよい。また、給電ピン７ａを雄ねじ雌ねじで螺合可能な２つのピースに分け、ストリップライン４を両方から締めつけるようにしてもよい。なお、図６には、番号９で円筒が示されているが、これは、アンテナ全体を保護するレドームであって、図３〜図５では図示を省略したものである。
【００２２】
前記のストリップライン４，５のプリントパターンは、図７に示すように、トリー状に形成されている。詳しくいうと、ストリップライン４の、等インピーダンスで枝分かれした先端は、給電ピン７ａを半田付けする先端部４ａと、給電ピン７ｂを半田付けする先端部４ｂとで構成され、ストリップライン５の、等インピーダンスで枝分かれした先端は、給電ピン７ｃを半田付けする先端部５ｃと、給電ピン７ｄを半田付けする先端部５ｄとで構成されている。なお、等インピーダンスで枝分かれさせる必要は必ずしもなく、非対称に枝分かれさせてもよい。枝分かれの仕方は、垂直方向の指向性をいかに実現するかに応じて決定される事項である。
【００２３】
ストリップライン４，５の基部は、可変ビームチルト特性を実現するためそれぞれ独立して配線され、それぞれの基端には、同軸ケーブル又は移相器を接続するためのコネクタ１０が装着されている。
なお、前記のストリップライン４，５は、導体地板１ａ，１ｂで挟まれ、金属板１ｃ，１ｄで囲われた構造なので、ストリップライン４，５からの不要放射を防止することができる。
【００２４】
以上で、水平偏波無指向性アンテナの構造を説明したが、本発明の水平偏波無指向性アンテナの構造は、以上のものに限定される訳ではない。以下、いろいろな変更例を図面を参照しながら説明する。
図８は、アンテナ素子６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′の他の形状を示す斜視図である。この例によれば、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げていることは、図２に示したアンテナ素子と同様であるが、給電ピン７ａが接続される突出部６１の奥にインピーダンス調整用の切れ込み６２を入れているところが違っている。この調整は、プリント基板３のストリップライン４，５のインピーダンスと、アンテナ素子６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′のインピーダンスとのマッチングをとるためのものである。
【００２５】
図９（ａ）  は、アンテナ素子のさらに他の形状を示す斜視図である。この例によれば、アンテナ素子６４ａは、凸形状の導体板を断面が多角形の形状になるように折り曲げている。これにより、アンテナ素子の加工はやや複雑になるが、レドームの外径をさらに小さくすることができる。
図９（ｂ）  は、この図９（ａ）  のアンテナ素子を使用した水平偏波無指向性アンテナの断面図である。
【００２６】
図１０は、導体地板１１ａ，１１ｂの両側の折り曲げ角θ１を９０°よりも小さくした例を示す。この場合、アンテナ素子６４ａ，６５ａ′の折り曲げ角θ２は、任意にとることができる。この例であっても、図９  の場合と同様、アンテナの外径を小さくすることができる。
図１１（ａ）  は、アンテナ素子６ａ，６ａ′の間に、導体地板と電気的に接続された遮蔽板１ｅ，１ｆを介在させた断面図を示し、図１１（ｂ）  は立面図を示す。この遮蔽板１ｅ，１ｆがなければ、左右方向ＡＡから見た場合、波源がアンテナ素子の陰になり、左右方向への放射が少なくなることがある。そこで、遮蔽板１ｅ，１ｆを設けることにより、図１１（ａ）  に符号Ｅで示したような電界が発生し、これが、電波の放射源になって、左右方向ＡＡへの放射を増やすことができる。
【００２７】
図１２は、遮蔽板１ｅ，１ｆをアンテナ素子とアンテナ素子との中間に取り付けた例を示す。この例であれば、給電ピン７ｂを避けて遮蔽板１ｅ，１ｆを中央に配置することができるので、指向性の左右のバラツキをさらに減らすことができる。図１２には、電界の分布を描き入れている。
図１３は、アンテナ素子６ａ，６ａ′と導体地板１ａ，１ｂとの間に、誘電体１１を挿入した例を示す。誘電体１１の材質として、ポリテトラフルオロエチレンをあげることができる。これによれば、誘電体の波長短縮効果により、アンテナ素子寸法を小さくし、アンテナ外径を小さくすることができる。
【００２８】
本発明の実施形態の説明は以上であるが、本発明は前記の形態に限定されるものではない。前記の形態では、アンテナ素子数は４つであったが、これに限らず１つでも２つでもよく、また５つ以上でもよい。基板３のストリップラインの形状は、適宜変更してもよい。また、図１４に示したように、両地板の側端面をまたがる状態で曲げて配置したアンテナ素子６ｂ，６ｂ′等と、従来の垂直偏波放射アンテナ素子６ｐ（図１６（ａ）  に示したアンテナ素子２２と同等のもの）とを組み合わせて使用することも可能である。その他本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００２９】
【実施例】
次に各部の材料、寸法を含む具体的な設計指針を示す。
まず、導体地板１ａ，１ｂは、アルミニウムで形成され、肉厚は４．５ｍｍ、高さは７００ｍｍにとっている。この材料でこの厚みがあれば、基地アンテナや移動体アンテナとして直立させても十分な強度を得ることができる。また、その導電性のため接地すれば避雷導体としても使用することができる。
【００３０】
絶縁板２ａ，２ｂは、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン、発泡スチロール、発泡ウレタン等の合成樹脂の発泡体を用いることができる。
基板３は、ポリイミド又はポリエステルをベースフィルムにし、それに銅箔を施したもので構成されたフレキシブル基板（ＦＰＣ）である。
アンテナ素子６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′は、通常どおり、アルミニウム、真鍮又は銅の板で構成されている。
【００３１】
アンテナ素子の長さをＬ７（図３参照）、アンテナ素子の幅をＬ２、対向するアンテナ素子の間隔、すなわち水平偏波無指向性アンテナの厚みをＬ４、対向する導体地板の間隔をＬ５  、アンテナ素子の折り曲げた部分の長さをＬ６とする（図６参照）。
実際に、Ｌ２＝５８ｍｍ，Ｌ４＝２６ｍｍ，Ｌ５＝６．２ｍｍ，Ｌ６＝２０ｍｍ，Ｌ７＝２０ｍｍとして４段のアンテナ素子を持つ水平偏波無指向性アンテナを製作した。
【００３２】
水平偏波の水平面内指向性の測定結果を図１５に示す。円周軸の０°となっている方向が、図６に示したＢ方向に相当する。放射軸は、電界強度（Ｖ／ｍ）をピークを１００％として正規化し、リニアスケールでとっている。
いわゆる水平面内無指向性アンテナの水平面内指向性に要求される一般的性能としては、ピーク方向の電界強度に対し、最小方向の電界強度が５０％以上あることである。図６では、最小方向の電界強度は８０％であり、十分な性能が確保できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水平偏波無指向性アンテナの具体例を示す断面図である。
【図２】アンテナ素子単体の具体例を示す斜視図である。
【図３】水平偏波無指向性アンテナの分解斜視図である。
【図４】水平偏波無指向性アンテナの側面立面図である。
【図５】水平偏波無指向性アンテナの正面立面図である。
【図６】水平偏波無指向性アンテナのＸ−Ｘ線断面図である。
【図７】フレキシブルプリント基板の立面図である。
【図８】アンテナ素子単体の他の具体例を示す斜視図である。
【図９】（ａ）  はアンテナ素子単体の他の具体例を示す斜視図、（ｂ）  はこのアンテナ素子を使用した水平偏波無指向性アンテナを示す断面図である。
【図１０】水平偏波無指向性アンテナの他の例を示す断面図である。
【図１１】（ａ）  は水平偏波無指向性アンテナのさらに他の例を示す断面図、（ｂ）  は正面図である。
【図１２】水平偏波無指向性アンテナの他のさらに例を示す正面図である。
【図１３】水平偏波無指向性アンテナのさらに他の例を示す断面図である。
【図１４】アンテナ素子を両地板の側端面をまたがる状態で曲げて配置した本発明の水平偏波無指向性アンテナと、従来の垂直偏波放射アンテナとを組み合わせて使用した構造を示す正面図である。
【図１５】実施例において、水平偏波の水平面内指向性の測定結果を示すグラフである。
【図１６】（ａ）  は従来の垂直偏波水平無指向性アレイアンテナの正面図、（ｂ）  は断面図である。
【図１７】（ａ）  は従来の水平偏波水平無指向性アレイアンテナの正面図、（ｂ）  は断面図、（ｃ）  は給電回路基板の正面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  金属性導体地板
１ｃ，１ｄ  金属板
２ａ，２ｂ  絶縁板
３    プリント基板（給電回路基板）
４，５  ストリップライン
６ａ〜６ｄ，６ａ′〜６ｄ′  アンテナ素子
７ａ，７ｂ  給電ピン
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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