(57)【要約】【課題】本発明の目的は、共振周波数を下げながらリターンロスを小さくすることができる水平偏波アンテナを提供することである。【解決手段】本発明に係る水平偏波アンテナは、半円状、半楕円状、または、半多角形状の円弧部を有するダイポールアンテナ素子と、半円筒状、半楕円筒状、または、半多角形筒状の反射器と、一端が反射器と接続され、他端が円弧部の両端の外側近傍に配された線状導体とを備える。線状導体は、円弧部の両端における接線と対向する直線部分を有する。ダイポールアンテナ素子の円弧部と反射器の半筒部分を同方向とし、ダイポールアンテナ素子の少なくとも一部は、反射器のなす半筒部分の内部に配される。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半円状、半楕円状、または、半多角形状の円弧部を有するダイポールアンテナ素子と、
半円筒状、半楕円筒状、または、半多角形筒状の反射器と、
一端が前記反射器と接続され、他端が前記円弧部の両端の外側近傍に配された線状導体と、を備え、
前記線状導体は、前記円弧部の両端における接線と対向する直線部分を有し、
前記ダイポールアンテナ素子の円弧部と前記反射器の半筒部分を同方向とし、前記ダイポールアンテナ素子の少なくとも一部は、前記反射器のなす半筒部分の内部に配される、
ことを特徴とする水平偏波アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の水平偏波アンテナであって、
前記線状導体の他端は前記ダイポールアンテナ素子の両端より突出している、
ことを特徴とする水平偏波アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載の水平偏波アンテナであって、
前記ダイポールアンテナ素子は、前記円弧部の両端から延長される延長部を備える、
ことを特徴とする水平偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平偏波を送受信するアンテナの実現技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信では、複数の周波数帯域を用いたりセクタ分割をしたりすることで、多数のユーザを収容できるようにし、通信効率を高めている。例えば、ＩＭＴ−２０００方式（第三世代方式）では隣接ゾーンにおいて同一周波数を繰り返し使用するため、無線ゾーン間のオーバーラップ部分を減らすことで干渉を低減させ、加入者容量を増やしている。そのため、基地局用アンテナの水平方向のビーム幅（最大利得に対して利得が半値となる角度範囲）は、サービスエリアのセクタ分割角（３セクタ無線ゾーン構成の場合、１セクタあたりの分割角は１２０°）よりも狭いことが求められる。もっとも、狭すぎるとセクタ内に電波が届かない領域が生じてしまうため、ビーム幅は１２０°に近いこと（例えば１００°±１０°程度）が望ましい。これに関する実現技術として、特許文献１に素子を円弧形状にすることにより水平面内について無指向性とした上で、さらに反射器を背後に挿入することにより１２０°程度のビーム幅を実現するダイポールアンテナが開示されている。
【０００３】
また、基地局用アンテナにおいては、設置スペースや導入コストの削減の観点からアンテナの数はできるだけ少ないことが望まれる。このような要望に対しては特許文献１に、円弧形状の給電素子に近接してさらに当該給電素子より高い共振周波数を有する円弧形状の無給電素子を配することにより、２つの周波数帯で共振する水平偏波アンテナを構成する方法が開示されている。
【０００４】
なお、特許文献１以外にも、非特許文献１及び非特許文献２が、水平偏波用のＣ形状のアンテナ素子を有するダイポールアンテナの従来技術として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６８４４６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】志村、苅込、恵比根、「８００／１５００ＭＨｚ帯周波数・偏波共用１２０°ビーム移動通信基地局アンテナ」、電子情報通信学会総合大会、２００１年、Ｂ−１−１３６
【非特許文献２】木村泰子、山口良、長敬三、「３セクタ用水平偏波アンテナにおける水平面内指向性のビーム幅広帯域化」、電子情報通信学会技術研究報告、２００８年、１０８巻、１４８号、p.155-160
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２には、ビーム幅とＶＳＷＲ（電圧定在波比: Voltage Standing Wave Ratio）について記載されている。非特許文献２には、ダイポールアンテナ素子を半円状（開き角１８０°）にすると、１．７ＧＨｚ付近を除き５００ＭＨｚ〜２．１ＧＨｚにおいて所望のビーム幅（１００°±１０°）となることが示されている。
【０００８】
しかしながら、このとき共振周波数が高いという問題がある。ここで、共振周波数を下げるために、ダイポールアンテナ素子のなす半円の半径を大きくして、アンテナ素子長を長くし、共振周波数を下げる方法が考えられる。
【０００９】
図１は反射器３０とダイポールアンテナ素子１０からなる水平偏波アンテナ９０の斜視図を、図２は水平偏波アンテナ９０の上面図を示す。図３は半円の半径（各図中「ele_ra」と表す）と共振周波数及びリターンロスの関係を示す。図３からわかるように、半径を大きくすることでダイポールアンテナ素子１０の素子長が長くなり、共振周波数を下げることができる。しかし、この場合、リターンロスは大きくなるという問題がある。
【００１０】
ここで、半円の半径を大きくする代わりにダイポールアンテナ素子１０の先端部分を伸ばし延長部１１を設け、ダイポール素子長を長くする方法が考えられる。図４は半円の半径を３０ｍｍまたは３５ｍｍに固定した場合の延長部１１の長さleg_hと共振周波数及びリターンロスの関係を示す。図４からわかるように、この場合も素子長が長くなり共振周波数は下がるが、リターンロスは大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明に係る水平偏波アンテナは、半円状、半楕円状、または、半多角形状の円弧部を有するダイポールアンテナ素子と、半円筒状、半楕円筒状、または、半多角形筒状の反射器と、一端が反射器と接続され、他端が円弧部の両端の外側近傍に配された線状導体とを備える。線状導体は、円弧部の両端における接線と対向する直線部分を有する。ダイポールアンテナ素子の円弧部と反射器半筒部分を同方向とし、ダイポールアンテナ素子の少なくとも一部は、反射器のなす半筒部分の内部に配される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、線状導体を設けることによって、共振周波数を下げながらリターンロスを小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】反射器３０とダイポールアンテナ素子１０からなる水平偏波アンテナ９０の斜視図。
【図２】水平偏波アンテナ９０の上面図を示す図。
【図３】半円の半径と共振周波数及びリターンロスの関係を示す図。
【図４】半円の半径を３０ｍｍまたは３５ｍｍに固定した場合の延長部１１の長さleg_hと共振周波数及びリターンロスの関係を示す図。
【図５】水平偏波アンテナ１００の斜視図。
【図６】水平偏波アンテナ１００の上面図。
【図７】（Ａ）は円弧部１２が半楕円状であり、反射器３０が半楕円筒状の場合の上面図であり、（Ｂ）は円弧部１２が半多角形状であり、反射器３０が半多角形筒状の場合の上面図。
【図８】（Ａ）は線状導体１２０’の形状例を、（Ｂ）は線状導体１２０”の形状例を示す上面図。
【図９】stub_gapと共振周波数及びリターンロスの関係を示す図。
【図１０】stub_hと共振周波数及びリターンロスの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
＜水平偏波アンテナ１００＞
図５は水平偏波アンテナ１００の斜視図を、図６は水平偏波アンテナ１００の上面図を示す。図５及び６を用いて、水平偏波アンテナ１００について説明する。水平偏波アンテナ１００は、ダイポールアンテナ素子１０、線状導体１２０、反射器３０を有する。
【００１６】
＜ダイポールアンテナ素子１０及び反射器３０＞
ダイポールアンテナ素子１０は、半円状の円弧部１２を有する。
【００１７】
例えば、ダイポール素子１０は、円弧部１２の両端１２ａから延長され形成される延長部１１を有してもよく、円弧部１２の中点１２ｂに給電部を備える。なお、延長部１１がない場合には円弧部１２の端部１２ａがダイポールアンテナ素子１０の端部１０ａとなり、延長部１１がある場合には円弧部１２と接続されていない側の延長１１部の端部がダイポールアンテナ素子１０の端部１０ａとなる。
【００１８】
反射器３０は、半円筒状の導体である。
【００１９】
例えば、ダイポールアンテナ素子１０は帯状導体であり、その円弧部１２の半径は３０ｍｍである。また例えば、反射器３０の半径は５６ｍｍである。但し、各半径、各形状、ダイポールアンテナ素子１０の幅や厚さ、反射器３０の高さ等は適宜変更可能である。なお、円弧部１２は半楕円状、半多角形状であってもよく、反射器３０は半楕円筒状、半多角形筒状であってもよく、それぞれダイポールアンテナ素子及び反射器として機能する範囲において適宜変更可能である。図７（Ａ）は円弧部１２が半楕円状であり、反射器３０が半楕円筒状の場合の形状例（上面図）を示し、（Ｂ）は円弧部１２が半多角形状であり、反射器３０が半多角形筒状の場合の形状例（上面図）を示す。なお、半円筒状、半楕円筒状及び半多角形筒状の半筒の部分を総称するときには単に半筒部分と呼称する。また、必ずしも完全な半円（開き角が１８０°）でなくともよく、それぞれダイポールアンテナ素子及び反射器として機能する範囲において適宜変更可能（例えば、１８０°±１０°）である。
【００２０】
＜配置＞
ダイポールアンテナ素子１０の円弧部１２と反射器３０の半円筒部分を同方向とする。ダイポールアンテナ素子１０の少なくとも一部は、反射器３０のなす半円筒部分の内部に配される。なお、ダイポールアンテナ素子１０は、送受信方向と半円状の開口方向がほぼ同一になるように配置される。
【００２１】
例えば、図６のように円弧部１２と反射器３０の各半円のなすループ面は同心円であり、ダイポールアンテナ素子１０の一部である円弧部１２が、全て反射器３０のなす半円筒の内部に配され、ダイポールアンテナ素子１０の一部である延長部１１が突出するように配置してもよい。
【００２２】
なお、「ダイポールアンテナ素子１０の円弧部１２と反射器３０の半円筒部分を同方向とする」とは、完全に同方向である必要はなく、また、各半円のなすループ面が同心円である必要はない。反射器３０が、後方からの不要な電波を遮り、前方からの必要な電波をダイポールアンテナ素子１０に反射させることができる範囲で配置方向や配置位置を適宜変更可能である。
【００２３】
＜線状導体１２０＞
線状導体１２０は、その一端１２１が反射器３０と接続され、他端１２２が円弧部１２の両端１２ａの外側近傍に配される。また、線状導体１２０は、円弧部１２の両端１２ａにおける接線Ｌと対向する直線部分１２５を有する。なお、円弧部１２が半多角形状の場合には、接線Ｌは、半多角形状の円弧部１２に外接する円の両端１２ａに対応する部分における接線を意味する。
【００２４】
例えば、線状導体１２０は、図６のように帯状であり、その全体が直線部分１２５であり、接線Ｌと直線部分１２５は平行である。但し、幅、厚さ等は適宜変更可能である。その形状は、線状導体１２０がダイポールアンテナ素子１０に給電される際に、キャパシタまたはインダクタとして機能すればよく、例えば、図８（Ａ）や（Ｂ）のような形状であってもよい。また、上述のように機能すれば、平行でなくともよい。
【００２５】
さらに、線状導体１２０の他端１２２はダイポールアンテナ素子１０の端部１０ａより突出していることが好ましい。
【００２６】
なお、突出しているとは、円弧部１２のなすループ面の中心と円弧部１２の両端１２ａを結ぶ直線から突出していることを表す。以下、線状導体１２０と円弧部１２の端部１２ａとの距離（以下「stub_gap」という）や、線状導体１２０の突出部分の長さ（以下「stub_h」という）が共振周波数及びリターンロスに大きく影響することを説明する。
【００２７】
なお、線状導体１２０の他端１２２が、円弧部の中心と両端を結ぶ直線に至らなければ、stub_hは不足部分をマイナス値として表す。
【００２８】
＜シミュレーション結果１＞
図９はstub_gapと共振周波数及びリターンロスの関係を示す図である。反射器３０の半径５６ｍｍ、ダイポールアンテナ素子１０の半径３０ｍｍ、stub_h４ｍｍとして固定し、延長部１１の長さleg_hは５ｍｍまたは１０ｍｍの場合にstub_gapの変化により共振周波数とリターンロスがどのように変化するか表している。図９からわかるように、stub_gapが小さいほど、共振周波数を低くなり、リターンロスも改善される。しかし、stub_gapが小さいという構成だけでは、上記条件において、リターンロスを−１４ｄＢ以下に抑えることは難しい。そこでstub_hを変化させることを考える。
【００２９】
＜シミュレーション結果２＞
図１０はstub_hと共振周波数及びリターンロスの関係を示す図である。反射器３０の半径５６ｍｍ、ダイポールアンテナ素子１０の半径３０ｍｍ、stub_gap１ｍｍとして固定し、延長部１１の長さleg_hは５ｍｍ、１０ｍｍまたは１５ｍｍの場合にstub_hの変化により、共振周波数とリターンロスがどのように変化するか表している。
【００３０】
延長部１１の長さleg_hが５ｍｍの場合には、stub_hが約６〜２５ｍｍにおいて、リターンロスが−１４ｄＢ以下となる。同様に延長部１１の長さleg_hが１０ｍｍの場合には、stub_hが約１４〜３３ｍｍにおいて、リターンロスが−１４ｄＢ以下となり、特に約１９〜２９ｍｍにおいてリターンロスが−３０ｄＢ以下となる。また、延長部１１の長さleg_hが１５ｍｍの場合には、stub_hが約２３〜４３ｍｍにおいて、リターンロスが−１４ｄＢ以下となり、特に約３０〜３８ｍｍにおいてリターンロスが−３０ｄＢ以下となる。
【００３１】
これらの結果から円弧部１２の半径が一定の場合には、延長部１１の長さleg_hが短いほどリターンロスを改善する最適なstub_hは短くなり、共振周波数が高くなることがわかる。また、何れの場合においても、線状導体１２０の他端１２２がダイポールアンテナ素子の端部１０ａよりも突出している場合に、リターンロスがより改善されていることがわかる。
【００３２】
＜比較＞
線状導体１２０がない場合にリターンロスを−１４ｄＢ以下にするためには、図３からダイポールアンテナ素子１０の半径を２６ｍｍ以下しなければならないことがわかる。アンテナ素子の長さが短くなるため、共振周波数は高くなり、約１．６ＧＨｚ以上となる。
【００３３】
一方、線状導体１２０がある場合にリターンロスを−１４ｄＢ以下にするためには、図１０からダイポールアンテナ素子１０の半径は３０ｍｍ程度で良いことがわかる。このとき、共振周波数は約７５０ＭＨｚ（延長部の長さ１５ｍｍ、線状導体の突出部分の長さ４３ｍｍの場合）〜１．０５ＧＨｚ（延長部の長さ５ｍｍ、線状導体の突出部分の長さ７ｍｍの場合）である。
【００３４】
また、図１の水平偏波アンテナ９０において、共振周波数を１ＧＨｚ程度にしようとすると、図３から延長部１１の長さleg_hが０ｍｍの場合、ダイポールアンテナ素子１０の半径は４５ｍｍ程度となる。図４から延長部１１の長さleg_hが１５ｍｍの場合、ダイポールアンテナ素子１０の半径は３５ｍｍ程度となる。何れの場合もリターンロスが大きい。また、水平偏波アンテナ９０が大型となる。
【００３５】
一方、本実施例では、図１０から共振周波数を１ＧＨｚ程度にする場合、延長部１１の長さleg_h５ｍｍ、線状導体１２０の突出部の長さ１５ｍｍとすれば、ダイポールアンテナ素子１０の半径３０ｍｍ程度でリターンロスを改善することができる。さらに、従来に比べ水平偏波アンテナを小型化することができる。
【００３６】
これは、半円状の円弧部の両端の外側近傍に線状導体１２０を配すことで、ダイポールアンテナ素子１０が給電される際に、線状導体１２０がキャパシタまたはインダクタとして機能し、共振周波数を下げながらリターンロスを調整するためであると考えられる。
【符号の説明】
【００３７】
９０、１００  水平偏波アンテナ
１０  ダイポールアンテナ素子
１２０  線状導体
３０  反射器
【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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