(57)【要約】【課題】同軸線路の外導体へのアンテナ漏洩電流を確実に阻止し、広い周波数範囲で動作させることができるコリニアアレーアンテナを提供する。【解決手段】コリニアアレーアンテナのアンテナ整合部２０をプリント基板２１により構成し、プリント基板２１の表面にマイクロストリップ線路２２、オープンスタブ２３、λ／４インピーダンス整合器２４ａ、２４ｂを直列に設ける。マイクロストリップ線路２２の下端部に給電同軸線路の中心導体を接続し、λ／４インピーダンス整合器２４ｂの上端部にアンテナ素子の中心導体を接続する。プリント基板２１の裏面には、下端部から上端部まで所定幅のグランド２６を設ける。グランド２６の上端部を両側にコの字形に折り曲げてシュペルトップ２７を平面状に構成し、上端から長さＬａの位置で内側から上方に折り返して長さＬｂの折返し部２７ａを形成する。【選択図】図２
2011199669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段のコリニアアンテナ素子と該アンテナ素子に給電する給電同軸線路との間にアンテナ整合部を設けたコリニアアレーアンテナにおいて、
前記アンテナ整合部は、プリント基板上に形成されて前記アンテナ素子と前記給電同軸線路とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合器と、前記プリント基板上に略コの字形に形成した約１／４波長の長さの導体及び該導体の両先端を折り返して形成した折返し部からなるシュペルトップとを具備したことを特徴とするコリニアアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面シュペルトップ構造を有するコリニアアレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば移動体通信の基地局アンテナ等に用いられる垂直偏波水平面無指向性のアンテナとして、コリニアアレーアンテナやスリーブアンテナが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。上記コリニアアレーアンテナは、ダイポールアンテナを軸方向に直線状に配置した構成となっている。また、スリーブアンテナは、図８に示すように１／４波長の長さのシュペルトップ（スリーブ管）１１及び内部導体（図示せず）を同軸状に設け、該内部導体の上端に１／４波長の長さのアンテナ素子１２を接続したもので、全体として波長／２のダイポールとして動作する。上記シュペルトップ１１は、下端部が給電同軸線路１３の外導体に接続され、上端部は開放されている。また、シュペルトップ１１の内部導体は、給電同軸線路１３の中心導体に接続される。
【０００３】
上記のように構成されたスリーブアンテナは、１／４波長の長さに設定したシュペルトップ１１の共振現象により、給電同軸線路１３の外導体へのアンテナ電流漏洩を阻止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１７９００９号公報
【特許文献２】特公昭３８−６８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記スリーブアンテナは、シュペルトップ１１の共振現象により給電同軸線路の外導体へのアンテナ電流漏洩を阻止しているため、広い周波数範囲で動作させることは困難である。
【０００６】
また、上記従来のスリーブアンテナは、給電同軸線路の外導体へのアンテナ電流漏洩を確実に阻止することができず、垂直面指向性のサイドローブ値が高くなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、従来のコリニアアレーアンテナにおいても、使用周波数帯域が狭いという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、同軸線路の外導体へのアンテナ漏洩電流を確実に阻止して垂直面指向性のサイドローブ値を低く抑えることができ、広い周波数範囲で動作させることができるコリニアアレーアンテナ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】
【０００９】
本発明は、複数段のコリニアアンテナ素子と該アンテナ素子に給電する給電同軸線路との間にアンテナ整合部を設けたコリニアアレーアンテナにおいて、前記アンテナ整合部は、プリント基板上に形成されて前記アンテナ素子と前記給電同軸線路とのインピーダンスを整合するインピーダンス整合器と、前記プリント基板上に略コの字形に形成した約１／４波長の長さの導体及び該導体の両先端を折り返して形成した折返し部からなるシュペルトップとを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、プリント基板上に折返し部を備えたシュペルトップを設けることにより、同軸線路の外導体へのアンテナ漏洩電流を確実に阻止して垂直面指向性のサイドローブ値を低く抑えることができ、広い周波数範囲で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るコリニアアレーアンテナの全体の構成を示す側面図である。
【図２】同実施形態におけるアンテナ整合部の詳細な構成を示し、（ａ）はプリント基板の表面パターンを示す図、（ｂ）はプリント基板の裏面パターンを示す図である。
【図３】同実施形態に係るコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップの外側の導体長さをλ／４、折返し部の長さをλ／５．３に設定した場合の中心周波数ｆｃにおける垂直偏波垂直面指向性を示す図である。
【図４】同実施形態に係るコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップの外側の導体長さをλ／４、折返し部の長さをλ／５．３に設定した場合の「０．９７５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。
【図５】同実施形態に係るコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップの外側の導体長さをλ／４、折返し部の長さをλ／５．３に設定した場合の「１．０２５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。
【図６】同実施形態に係るコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップの外側の導体長さをλ／４、折返し部の長さをλ／５に設定した場合の「０．９７５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。
【図７】同実施形態に係るコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップの外側の導体長さをλ／４、折返し部の長さをλ／５．５に設定した場合の「１．０２５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示す図である。
【図８】従来のスリーブアンテナの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態に係るコリニアアレーアンテナの全体の構成を示す側面図である。なお、この実施形態では、２段構成のコリニアアレーアンテナに実施した場合の例を示している。
【００１４】
図１において、２０はコリニアアレーアンテナにおけるアンテナ整合部で、詳細を後述するようにプリント基板２１を用いて構成している。上記プリント基板２１の表面には、マイクロストリップ線路２２、周波数帯域を広くするためのオープンスタブ２３、及び２段のλ／４インピーダンス整合器２４ａ、２４ｂが直列に設けられる。上記λは使用周波数帯における中心周波数の波長を示している。
【００１５】
上記アンテナ整合部２０の下端部には給電同軸線路３１が装着され、その中心導体３２が上記マイクロストリップ線路２２の下端部に半田付け等により接続される。また、給電同軸線路３１の外導体３３は、プリント基板２１の裏面に設けられるマイクロストリップ線路のグランドに接続される。上記給電同軸線路３１の給電端側の先端には、接栓３４が装着されている。
【００１６】
上記アンテナ整合部２０の上端には、第１のアンテナ素子４１ａ、位相調整素子４２、第２のアンテナ素子４１ｂが軸方向に一定の間隔を保って直線的に設けられる。上記第１のアンテナ素子４１ａ及び第２のアンテナ素子４１ｂの長さＬ１は、約λ／４に設定される。位相調整素子４２は、第１のアンテナ素子４１ａ及び第２のアンテナ素子４１ｂの給電位相を同相にするための素子であり、その長さＬ２はアンテナ素子４１ａ、４１ｂの長さＬ１より短い値に設定される。
【００１７】
上記アンテナ素子４１ａ、４１ｂ及び位相調整素子４２は、導電性部材からなる円筒素子４３ａ、４３ｂ、４３ｃの内部に中心導体４４を同軸状に設けたもので、各円筒素子４３ａ、４３ｂ、４３ｃ間は絶縁されている。上記中心導体４４の外側には絶縁材が設けられている。上記第１のアンテナ素子４１ａの中心導体４４は、下端部がプリント基板２１に設けられているλ／４インピーダンス整合器２４ｂの上端に半田付け等により接続される。この場合、第１のアンテナ素子４１ａの円筒素子４３ａは、プリント基板２１に形成されるグランドとは絶縁された状態に保持される。また、第２のアンテナ素子４１ｂは、上端位置において中心導体４４と円筒素子４３ｃがショートされる。
【００１８】
次に上記アンテナ整合部２０の詳細について、図２を参照して説明する。図２の（ａ）はアンテナ整合部２０を構成するプリント基板２１の表面パターンを示し、（ｂ）はプリント基板２１の裏面パターンを示している。
【００１９】
プリント基板２１の表面には、図２（ａ）に示すように下端部から中央部までマイクロストリップ線路２２が中心軸に沿って設けられ、該マイクロストリップ線路２２の上部に周波数帯域を広くするためのオープンスタブ２３が設けられる。上記マイクロストリップ線路２２の下端部には、給電同軸線路３１の中心導体３２（図１参照）を接続するための外部線路接続用パターン２２ａが形成されている。そして、オープンスタブ２３からプリント基板２１の上端部まで、２段のλ／４インピーダンス整合器２４ａ、２４ｂが設けられる。上記λ／４インピーダンス整合器２４ｂの上端部には、第１のアンテナ素子４１ａ（図１参照）の中心導体４４を接続するための外部線路接続用パターン２５が形成されている。
【００２０】
また、プリント基板２１の裏面には、図２（ｂ）に示すように下端部から上端部まで所定幅のストリップ線路のグランド２６が中心軸に沿って設けられる。この場合、グランド２６は、下端部の幅が広く形成される。また、グランド２６には、上下両端部に外部線路接続用パターン２６ａ、２６ｂが設けられる。上記下端部側の外部線路接続用パターン２６ａには図１に示したように給電同軸線路３１の外導体３３が接続され、上端部側の外部線路接続用パターン２６ｂには第１のアンテナ素子４１ａの中心導体４４が接続される。
【００２１】
更に、グランド２６の上端部を両側に略コの字形に折り曲げてシュペルトップ（スリーブ管）２７を平面状に構成している。上記シュペルトップ２７は、上端から長さＬａの位置で内側から上方に折り返して折返し部２７ａを形成している。上記シュペルトップ２７は、外側の導体長さＬａを約λ／４、折返し部２７ａの長さＬｂを約λ／５．３に設定することが望ましい。
【００２２】
上記のように構成されたコリニアアレーアンテナにおいて、送信機（図示せず）から給電同軸線路３１を介してアンテナ整合部２０に給電された高周波信号は、プリント基板２１の表面に形成されたマイクロストリップ線路２２を通り、オープンスタブ２３、λ／４インピーダンス整合器２４ａ、２４ｂを介して第１のアンテナ素子４１ａ及び第２のアンテナ素子４１ｂに給電される。このとき第１のアンテナ素子４１ａ及び第２のアンテナ素子４１ｂは、位相調整素子４２の作用により同相で給電され、大気中へ電波を放射する。
【００２３】
上記実施形態で示したようにシュペルトップ２７を折返し構造とすることにより、給電同軸線路３１の外導体３３へのアンテナ漏洩電流を確実に阻止することができ、図３ないし図５に示すように垂直面指向性のサイドローブ値を低く抑えることができる。
【００２４】
図３は本発明の実施形態に示したコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップ２７の外側の導体長さＬａをλ／４、折返し部２７ａの長さＬｂをλ／５．３に設定した場合の中心周波数ｆｃにおける垂直偏波垂直面指向性、図４は「０．９７５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性、図５は「１．０２５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示している。
【００２５】
図６は上記実施形態に示したコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップ２７の外側の導体長さＬａをλ／４、折返し部２７ａの長さＬｂをλ／５に設定した場合の「０．９７５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示している。
【００２６】
シュペルトップ２７の折返し部２７ａの長さＬｂをλ／５に設定した場合、給電同軸線路３１の外導体３３へのアンテナ漏洩電流を阻止しすぎる結果となり、天頂側のサイドローブのレベルが高くなっている。
【００２７】
図７は上記実施形態に示したコリニアアレーアンテナにおいて、シュペルトップ２７の外側の導体長さＬａをλ／４、折返し部２７ａの長さＬｂをλ／５．５に設定した場合の「１．０２５×ｆｃ」の周波数における垂直偏波垂直面指向性を示している。
【００２８】
シュペルトップ２７の折返し部２７ａの長さＬｂをλ／５．５に設定した場合、給電同軸線路３１の外導体３３へのアンテナ漏洩電流を阻止しきれないために、サイドローブのレベルが高くなっている。
【００２９】
上記実施形態で示したように、シュペルトップ２７に折返し部２７ａを設けた構造とし、折返し部２７ａの長さＬｂを適切な値に設定することにより、給電同軸線路３１の外導体３３へのアンテナ漏洩電流を確実に阻止して垂直面指向性のサイドローブ値を低く抑えることができ、広い周波数範囲で動作させることができる。
【００３０】
また、プリント基板２１上にシュペルトップ２７を平面状に形成することにより、シュペルトップ２７の占有面積を小さくすることができる。
【００３１】
上記実施形態に係るコリニアアレーアンテナは、あらゆる周波数帯での通信用アンテナとして用いることができ、特に垂直偏波水平面無指向性の移動体通信の基地局アンテナとして大きな効果を発揮することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、アンテナ素子を２段に構成したコリニアアレーアンテナに実施した場合について説明したが、更に多段に構成した場合であっても上記実施形態と同様にして実施し得るものである。
【００３３】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【符号の説明】
【００３４】
２０…アンテナ整合部、２１…プリント基板、２２…マイクロストリップ線路、２２ａ…外部線路接続用パターン、２３…オープンスタブ、２４ａ、２４ｂ…λ／４インピーダンス整合器、２５…外部線路接続用パターン、２６…ストリップ線路のグランド、２６ａ、２６ｂ…外部線路接続用パターン、２７…シュペルトップ、２７ａ…シュペルトップの折返し部、３１…給電同軸線路、３２…給電同軸線路の中心導体、３３…給電同軸線路の外導体、３４…接栓、４１ａ…第１のアンテナ素子、４１ｂ…第２のアンテナ素子、４２…位相調整素子、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ…円筒素子、４４…中心導体。
【図１】
2011199669.tif 000003
【図２】
2011199669.tif 000004
【図３】
2011199669.tif 000005
【図４】
2011199669.tif 000006
【図５】
2011199669.tif 000007
【図６】
2011199669.tif 000008
【図７】
2011199669.tif 000009
【図８】
2011199669.tif 000010