(57)【要約】【課題】  帯域特性の向上を図る。【解決手段】  一方の面にダイポール５をプリント形成し、他方の面にバラン１１ａを含む第１の給電線路１１をプリント形成した第１の誘電体基板１と、一方の面にバラン１７ａを含む第２の給電線路１７をプリント形成した第２の誘電体基板３と、を備え、第１の給電線路１１および第２の給電線路１７がそれらに含まれるバラン１１ａおよび１７ａを介してダイポール５と結合するように、第１の誘電体基板１の一方の面に第２の誘電体基板３の他方の面を接合した構成を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面にダイポールをプリント形成し、他方の面にバランを含む第１の給電線路をプリント形成した第１の誘電体基板と、
一方の面にバランを含む第２の給電線路をプリント形成した第２の誘電体基板と、を備え、
前記第１の給電線路および第２の給電線路がそれらに含まれる前記バランを介して前記ダイポールと結合するように、前記第１の誘電体基板の一方の面に前記第２の誘電体基板の他方の面を接合したことを特徴とするダイポールアンテナ。
【請求項２】
前記ダイポールを該ダイポールの長手方向に沿って複数個配列形成して、アレーアンテナ構成を持たせたことを特徴とする請求項１に記載のダイポールアンテナ。
【請求項３】
前記ダイポールは、
第１の周波数ｆ1に共振する長さを有する第１のダイポールと、
第２の周波数ｆ2（ｆ2＞ｆ1）に共振する長さを有するように、前記第１のダイポール内の切り込みにより形成された第２のダイポールと、
第３の周波数ｆ3（ｆ3＞ｆ2）に共振する長さを有するように、前記第２のダイポール内の切り込みにより形成された第３のダイポールと、
以下同様に、第ｎの周波数ｆn（ｆn＞ｆn-1）に共振する長さを有するように、第ｎ−１のダイポール内の切り込みにより形成された第ｎのダイポール素子と、
を組み合わせた構成を有することを特徴とする請求項１に記載のダイポールアンテナ。
【請求項４】
前記ダイポールを該ダイポールの長手方向に沿って複数個配列形成して、アレーアンテナ構成を持たせたことを特徴とする請求項３に記載のダイポールアンテナ。
【請求項５】
前記第１、第２、第３、‥‥‥、第ｎのダイポールは、給電点から遠ざかるにつれて幅が徐々に大きくなるような輪郭を有すること特徴とする請求項３または４に記載のダイポールアンテナ。
【請求項６】
前記第１、第２、第３、‥‥‥、第ｎのダイポールは、等脚台形状、もしくは２個の等脚台形を組み合わせた六角形状の輪郭を有することを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯城性を有するプリント化ダイポールアンテナに関し、特に、移動通信システムの基地局用アンテナとして好適なプリント化ダイポールアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バラン（平衡−不平衡変換器）を組み込んだ構成を有するダイポールアンテナは公知である（例えば、特許文献１）。なお、このダイポールアンテナでは同軸導体からなるバランが組み込まれているが、このバランをプリント化したダイポールアンテナも提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８８６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来のダイポールアンテナは、バランを含む給電線路が１つであるので、帯域特性が良好でないという問題点を有している。
本発明の目的は、このような従来の問題点に鑑み、帯域特性の向上を図ることができるダイポールアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るダイポールアンテナは、一方の面にダイポールをプリント形成し、他方の面にバランを含む第１の給電線路をプリント形成した第１の誘電体基板と、一方の面にバランを含む第２の給電線路をプリント形成した第２の誘電体基板と、を備え、前記第１の給電線路および第２の給電線路がそれらに含まれる前記バランを介して前記ダイポールと結合するように、前記第１の誘電体基板の一方の面に前記第２の誘電体基板の他方の面を接合した構成を有する。
【０００６】
前記ダイポールを該ダイポールの長手方向に沿って複数個配列形成して、アレーアンテナ構成を持たせることも可能である。
また、前記ダイポールは、第１の周波数ｆ1に共振する長さを有する第１のダイポールと、第２の周波数ｆ2（ｆ2＞ｆ1）に共振する長さを有するように、前記第１のダイポール内の切り込みにより形成された第２のダイポールと、第３の周波数ｆ3（ｆ3＞ｆ2）に共振する長さを有するように、前記第２のダイポール内の切り込みにより形成された第３のダイポールと、以下同様に、第ｎの周波数ｆn（ｆn＞ｆn-1）に共振する長さを有するように、第ｎ−１のダイポール内の切り込みにより形成された第ｎのダイポール素子と、を組み合わせた構成を持たせても良い。
そして、前記第１、第２、第３、‥‥‥、第ｎのダイポールを、その長手方向に沿って複数個配列形成して、アレーアンテナ構成を持たせることも可能である。
【０００７】
前記第１、第２、第３、‥‥‥、第ｎのダイポールは、給電点から遠ざかるにつれて幅が徐々に大きくなるような輪郭、例えば、等脚台形状、もしくは２個の等脚台形を組み合わせた六角形状の輪郭を有するように形成することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るダイポールアンテナによれば、ダイポールとバランを含む第１の給電線路とをプリント形成した第１の誘電体基板と、バランを含む第２の給電線路をプリント形成した第２の誘電体基板とを接合して、上記第１の給電線路と第２の給電線路をそれら設けられたバランを介して前記ダイポールに結合させているので、この第１の給電線路と第２の給電線路を異なる周波数に共振させて帯域特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るダイポールアンテナの外観を示している。このダイポールアンテナは、図２に示す誘電体基板１、３を重ね合わせ接合することによって構成されている。
【００１０】
図２に示すように、誘電体基板１の表面には、それぞれ金属箔からなるダイポール５、給電線路７ａ、７ｂおよび接地導体部９がプリント形成され、また、この誘電体基板１の背面には、金属箔からなる給電線路１１がプリント形成されている。
ダイポール５は、左右のアンテナ素子５ａおよび５ｂを備え、適用周波数帯域の中心周波数（例えば、０．８ＧＨｚ）に共振するように、その両端間の長さが該中心周波数の波長の約１／２に設定されている。
上記アンテナ素子５ａ、５ｂは、中央給電点Ｐから離れるに従って徐々にその幅が大きくなるように形成されているが、長方形状に形成しても良い。
左右の給電線路７ａ、７ｂは、それぞれアンテナ素子５ａおよび５ｂの内側端部を接地導体部９に接続するように形成され、それらの間にはダイポール５の長手軸線Ｃ２に直交する中心線Ｃ１に沿って形成されたスリット１３が介在している。
【００１１】
誘電体基板１の背面に形成された上記給電線路１１は、入出力点から横方向に延びた後、図３に示すように、給電線路７ａの背面側を通るようにスリット１３の左方側縁部に沿って立ち上がっている。そして、この給電線路１１は、中央給電点Ｐ付近において「Ｕ」字状に方向を反転してスリット１３の右方側縁部に沿って下るように形成され、この反転した先端部位によってバラン（平衡−不平衡変換器）１１ａを構成している。
【００１２】
一方、図２に示す他方の誘電体基板３の表面には、給電線路１７が形成されている。この給電線路１７は、先端部位の反転方向が逆である点を除き、上記給電線路１１に類似する形状を有している。すなわち、給電線路１７は、入出力点から横方向に延びた後、給電線路７ｂの背面側を通るようにスリット１３の右方側縁部に沿って立ち上がり、上記中央給電点Ｐ（図３参照）付近において「Ｕ」字状に方向を反転して、スリット１３の左方側縁部に沿って下るような形状を有している。そして、この給電線路１７も、上記反転した先端部位によってバラン（平衡−不平衡変換器）１７ａを構成している。なお、給電線路１７を給電線路１１と重なる形態で設けることも可能である。
【００１３】
以上の説明から明らかなように、この実施形態に係るダイポールアンテナは、バラン１１ａを備える給電線路１１と、バラン１７ａを備える給電線路１７とを有している。
バラン１１ａ、１７ａは、給電線路１１および１７を異なる周波数で共振させるべくそれらの長さが設定される。すなわち、この実施形態では、ダイポール５の適用周波数帯域の中心周波数をｆとした場合に、給電線路１１が中心周波数ｆよりも高い周波数ｆ+Δｆaに共振するようにバラン１１ａの長さを設定し、また、給電線路１７が中心周波数ｆよりも低い周波数ｆ−Δｆbに共振するようにバラン１７ａの長さを設定している。したがって、バラン１１ａの長さはバラン１７ａの長さよりも短い。
上記中心周波数ｆが例えば０．８ＧＨｚの場合、上記周波数ｆ+Δｆおよびｆ−Δｆbは、それぞれ例えば０．９ＧＨｚおよび０．７ＧＨｚである。
なお、上記とは逆に、バラン１１ａの長さをバラン１７ａの長さよりも長く設定して、給電線路１１および１７をそれぞれ周波数ｆ−Δｆbおよびｆ+Δｆaに共振させるように構成することも可能である。
【００１４】
この実施形態に係るダイポールアンテナによれば、上記のように給電線路１１および１７を適用周波数帯域内の２つの周波数ｆ+Δｆaおよびｆ−Δｆb共振させることが可能であるので、帯域特性を向上することができる。この場合、給電線路１１の入出力点において周波数ｆ+Δｆaの高周波信号が入出力され、給電線路１７の入出力点において周波数ｆ−Δｆbの高周波信号が入出力される。
【００１５】
図４は、図５に示す長尺状の誘電体基板１０、３０を重ね合わせ接合することによって構成された本発明に係るアレー構成のダイポールアンテナを示している。
図５に示す誘電体基板１０は、実質的に図１に示した誘電体基板１をダイポール５の長手方向に沿って４枚接合した構成を有する。したがって、この誘電体基板１０の表面には、図２に示したダイポール５に対応するダイポール５−１〜５−４が所定の間隔でプリント形成され、かつ、図２に示した接地導体部９を４個接合した形状の接地導体部９０と、該接地導体部９０とダイポール５−１〜５−４を接続する給電線路（図２の給電線路７ａ、７ｂに対応）がプリント形成されている。
【００１６】
図６に示すように、誘電体基板１０の背面には、図２に示した給電線路１１に対応する給電線路１１−１〜１１−４がプリント形成され、さらに、入出力点ＰIOから分岐する給電線路１９，２１がプリント形成されている。給電線路１１−１〜１１−４は、図２に示した給電線路１１のバラン１１ａに対応するバラン１１−１ａ〜１１−４ａをそれぞれ備えている。そして、給電線路１１−１、１１−２は、給電線路１９から分岐し、給電線路１１−３、１１−４は、給電線路２１から分岐している。
【００１７】
一方、図７に示すように、誘電体基板３０の表面には、図２に示した給電線路１７に対応する給電線路１７−１〜１７−４と、出力点ＰIO'から分岐する給電線２３，２５がプリント形成されている。給電線路１７−１〜１７−４は、図２に示した給電線路１７のバラン１７ａに対応するバラン１７−１ａ〜１７−４ａをそれぞれ備えている。そして、給電線路１７−１、１７−２は、給電線路２３から分岐し、給電線路１７−３、１７−４は、給電線路２５から分岐している。
【００１８】
このアレー構成のダイポールアンテナも、誘電体基板１０側の給電線路と、誘電体基板３０側の給電線路を備えているので、これらの給電線路を異なる周波数で共振させるべくバラン１１−１ａ〜１１−４ａおよびバラン１７−１ａ〜１７−４ａの長さを設定することにより、広帯域化を図ることが可能である。
なお、上記アレー構成のダイポールアンテナにおけるダイポール５の配列個数は、４つに限定されず、２以上の任意の個数に設定することができる。
【００１９】
図８は、本発明の他の実施形態に係るダイポールアンテナの分解斜視図を示している。このダイポールアンテナは、図２に示したダイポール５に代えて複合形のダイポール５０を形成した点を除き、この図２に示すダイポールアンテナと同等な構成を有する。したがって、図８では、図２に示す要素と共通する要素に同一の参照番号を付してある。
ダイポール５０は、素子５１ａ、５１ｂの対からなるダイポール５１、素子５２ａ、５２ｂの対からなるダイポール５２、素子５３ａ、５３ｂの対からなるダイポール５３、および、素子５４ａ、５４ｂの対からなるダイポール５４を同軸状に形成した構成を有する。
【００２０】
すなわち、ダイポール素子５２を構成する素子５２ａ、５２ｂは、それぞれダイポール素子５１を構成する素子５１ａ、５１ｂの内側に設けられた切り込みによりその輪郭が形成されている。同様に、第３のダイポール素子５３を構成する素子５３ａ、５３ｂは、それぞれ上記素子５２ａ、５２ｂの内側に設けられた切り込みによりその輪郭が形成され、更に、第４のダイポール素子５４を構成する素子５４ａ、５４ｂは、それぞれ上記素子５３ａ、５３ｂの内側に設けられた切り込みによりその輪郭が形成されている。
【００２１】
上記素子５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ、５４ａおよび５４ｂは、中央給電点Ｐから遠ざかるにつれて幅が徐々に大きくなるような輪郭、例えば、等脚台形状の輪郭、もしくは２個の等脚台形を組み合わせた六角形状の輪郭を有している。しかし、上記各素子をそれぞれ長方形状の輪郭を有するように形成することも可能である。
【００２２】
各ダイポール５１，５２，５３および５４は、それぞれ異なる周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3，およびｆ4（ｆ1＜ｆ2＜ｆ3＜ｆ4）に共振するようにその長さが設定されている。
すなわち、ダイポール５１の長さは、周波数ｆ1（例えば、０．８ＧＨｚ）の波長λ1の約１／２に、ダイポール５２の長さは、周波数ｆ2（例えば１．５ＧＨｚ）の波長λ2の約１／２に、ダイポール５３の長さは、周波数ｆ3（例えば、１．７ＧＨｚ）の波長λ3の約１／２に、また、ダイポール５４の長さは、周波数ｆ4（例えば、２ＧＨｚ）の波長λ1の約１／２にそれぞれ設定されている。
【００２３】
図８の誘電体基板１０、２０を重ね合わせ接合することによって構成されるこの実施形態に係るダイポールアンテナ（図１のアンテナと同じ外観形状をもつ）は、第１のダイポール５１〜第４のダイポール５４がそれぞれ第１〜第４の周波数に共振するので、コンパクトな構成を有するにもかかわらず、きわめて広い帯域に適用することができる。
しかも、図１および図２に示したアンテナと同様に、バラン１１ａを備える給電線路１１と、バラン１７ａを備える給電線路１７とを有しているので、例えば、上記第１の給電線路が周波数ｆ3と周波数ｆ4の中間の周波数に共振するようにバラン１１ａの長さを調整し、上記第２の給電線路が周波数ｆ1と周波数ｆ2の中間の周波数に共振するようにバラン１７ａの長さを調整することにより、広帯域性が更に向上する。
なお、上記ダイポール５０は、４つのダイポール５１，５２，５３および５４を複合した構成を有するが、この複合数は２以上の任意の数ｎに設定することができる。
【００２４】
図９は、図８に示した誘電体基板１をダイポール５の長手方向に沿って４枚接合した構成を有する誘電体基板１００と、図８に示した誘電体基板３を同方向に沿って４枚接合した構成を有する誘電体基板３００とを備える本発明に係るアレー構成のダイポールアンテナの分解斜視図を示している。
誘電体基板１００の表面には、図８に示したダイポール５０に対応するダイポール５０−１〜５０−４が所定の間隔でプリント形成され、かつ、図８に示した接地導体部９を４個接合した形状の接地導体部９００および該接地導体部９００とダイポール５０−１〜５０−４を接続する給電線路（図８の給電線路７ａ、７ｂに対応）がプリント形成されている。
【００２５】
図１０に示すように、誘電体基板１００の背面には、図８に示した給電線路１１に対応する給電線路１１１−１〜１１１−４と、入出力点ＰIOから分岐する給電線路１９０，２１０とがプリント形成されている。給電線路１１１−１〜１１１−４は、図８に示した給電線路１１のバラン１１ａに対応するバラン１１１−１ａ〜１１１−４ａをそれぞれ備えている。そして、給電線路１１１−１、１１２−２は、給電線路１９０から分岐し、給電線路１１１−３、１１１−４は、給電線路２１０から分岐している。
【００２６】
一方、図１１に示すように、誘電体基板３００の表面には、図８に示した給電線路１７に対応する給電線路１１７−１〜１１７−４と、入出力点ＰIO'から分岐する給電線２３０，２５０がプリント形成されている。給電線路１１７−１〜１１７−４は、図８に示した給電線路１７のバラン１７ａに対応するバラン１１７−１ａ〜１１７−４ａをそれぞれ備えている。そして、給電線路１１７−１、１１７−２は、給電線路２３０から分岐し、給電線路１１７−３、１１７−４は、給電線路２５０から分岐している。
【００２７】
上記誘電体基板１００，３００を重ね合わせ接合することによって構成されるこのダイポールアレーアンテナ（図４のアンテナと同様の外観形状をもつ）も、図８のダイポールアンテナと同様に４種の周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3，およびｆ4に適用することができる。しかも、誘電体基板１００側の給電線路と誘電体基板３００側の給電線路を備えているので、図８のダイポールアンテナと同様に、例えば、誘電体基板１００側の給電線路が前記周波数ｆ3と周波数ｆ4の中間の周波数に共振するようにバラン１１１ａの長さを調整し、誘電体基板３００側の給電線路が前記周波数ｆ1と周波数ｆ2の中間の周波数に共振するようにバラン１７ａの長さを調整することによって、広帯域性を一層向上することができる。
なお、上記アレー構成のダイポールアンテナにおけるダイポールの配列個数は、４つに限定されず、２以上の任意の個数に設定することができる。
【００２８】
ところで、携帯電話、自動車電話等に使用する移動通信では、複数の周波数帯が割り当てられ、しかも、周波数利用効率を向上させるために、１つの基地局がカバーするエリアを扇状のセクタゾーンに分割するようにしているが、長近では、垂直面内におけるビームのチルト角制御を行ってメインビームを大地側に設定することにより小セルが図られている。しかし、周波数帯毎の伝播特性の差が大きいために、各周波数帯を同様なエリアで構成すると、周波数が高いエリアに伝播特性によるレベル低下などの問題が発生する可能性があるので、更なる小セル化が求められている。
上記アレー構成のダイポールアンテナは、以下に述べるように、周波数ｆ1，ｆ2についてのビームチルト角と、周波数ｆ3，ｆ4についてのビームチルト角とを大きく相違させることが可能であるので、上記更なる小セル化に有効である。
【００２９】
すなわち、例えば、ダイポール５０−１〜５０−４の配列間隔、つまり、給電点Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3およびＰ4の間隔を約０．６７λc（λcは、周波数ｆ1〜ｆ4の中心周波数ｆcの波長）とした場合、入出力点ＰIOから給電点Ｐ1〜Ｐ4に至る各給電路の機械長を以下のように設定することによって、周波数周波数ｆ3，ｆ4についてのビームチルト角を約１５。にすることができる。なお、ここでは、誘電体基板１００，３００として、比誘電率が２．６のものを使用している。
ＰIO〜Ｐ1：Ｌaｍｍ（基準長）
ＰIO〜Ｐ2：Ｌa＋約２４ｍｍ
ＰIO〜Ｐ3：Ｌa＋約４８ｍｍ
ＰIO〜Ｐ4：Ｌa＋約７２ｍｍ
【００３０】
また、入出力点ＰIO'から給電点Ｐ1〜Ｐ4に至る各給電路の機械長を以下のように設定することによって、周波数ｆ1，ｆ2についてのビームチルト角を約５。にすることができる。
ＰIO〜Ｐ1：Ｌbｍｍ（基準長）
ＰIO〜Ｐ2：Ｌb＋約８．５ｍｍ
ＰIO〜Ｐ3：Ｌb＋約１７ｍｍ
ＰIO〜Ｐ4：Ｌb＋約２５．５ｍｍ
【００３１】
そして、図９に示す構成のアンテナを誘電体基板１００，３００の長手方向に複数段配列してアレー化し、個々のアンテナの入出力点ＰIOおよび入出力点ＰIO'に図示していない可変移相器をそれぞれ接続してチルト可変を実行することにより、周波数ｆ1〜ｆ4についてのビームチルト角をほぼ以下の範囲で変更することが可能になる。
ｆ1   ０°〜１０°
ｆ2   ０°〜１０°
ｆ3   １０°〜２０°
ｆ4   １０°〜２０°
【００３２】
以上の説明から明らかなように、このアレー構成のダイポールアンテナによれば、上記可変移相器を併用することによって、例えば周波数ｆ1，ｆ2について垂直面内指向性を０°方向に、周波数ｆ3，ｆ4についての垂直面内指向性を大地側２０°に設定することができる。したがって、このアレー構成のダイポールアンテナを移動通信用の基地局アンテナに適用すれば、一層の小セル化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るダイポールアンテナの外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示すアンテナの分解斜視図である。
【図３】バランの形状を示す部分拡大図である。
【図４】図２に示すダイポールを複数配列した本発明に係るアレー構成のダイポールアンテナの外観を示す斜視図である。
【図５】図４に示すアンテナの分解斜視図である。
【図６】図４に示すアンテナの一方の誘電体基板に設けられた給電線路の構成を示す正面図である。
【図７】図４に示すアンテナの他方の誘電体基板に設けられた給電線路の構成を示す正面図である。
【図８】本発明に係るダイポールアンテナの他の実施の形態を示す分解斜視図である。
【図９】図８に示すダイポールを複数配列した本発明に係るアレー構成のダイポールアンテナの外観を示す斜視図である。
【図１０】図９に示すアンテナの一方の誘電体基板に設けられた給電線路の構成を示す正面図である。
【図１１】図９に示すアンテナの他方の誘電体基板に設けられた給電線路の構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，３  誘電体基板
５，５０，５１ａ〜５４ａ，５０−１〜５０−４  ダイポール
５ａ，５ｂ  アンテナ素子
７ａ，７ｂ，  給電線路
９，９０，９００  接地導体
１０，３０，１００，３００  誘電体基板
１１，１７  給電線路
１１ａ，１７ａ  バラン
１１−１〜１１−４，１７−１〜１７−４  給電線路
１１−１ａ〜１１−４ａ，１７−１ａ〜１７−４ａ  バラン
１１１−１〜１１１−４，１１７−１〜１１７−４  給電線路
Ｐ，Ｐ１〜Ｐ４  給電点
ＰIO，ＰIO’  入出力点
【図１】
2006217302.tif 000003
【図２】
2006217302.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006217302.tif 000008
【図７】
2006217302.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006217302.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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