(57)【要約】      （修正有）【課題】３周波数を共用する機能と、垂直偏波と水平偏波を共用する機能とをコンパクトな構成によって実現する。【解決手段】周波数ｆ１に共振する１対の第１の水平偏波用ダイポール素子１０と、１対の第１の垂直偏波用ダイポール素子２０と、周波数ｆ２（＞ｆ１）、ｆ３（＞ｆ２）に共振する１対の第２の水平偏波用ダイポール素子４０と、少なくとも１個が前記周波数ｆ２、ｆ３の一方に共振する長さを有するとともに、他が前記周波数ｆ２、ｆ３の他方に共振する長さを有し、垂直に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する３個以上の第２の垂直偏波用ダイポール素子５１〜５４と、を備える。一対の第１の水平偏波用ダイポール素子１０は、外側素子導体が内側素子導体よりも長く設定され、１対の第２の水平偏波用ダイポール素子４０および第２の垂直偏波用ダイポール素子５１〜５４は、１対の第１の垂直偏波用ダイポール素子２０の間に配置されている。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数ｆ１に共振する長さを有し、水平に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する１対の第１の水平偏波用ダイポール素子と、
周波数ｆ１に共振する長さを有し、垂直に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する１対の第１の垂直偏波用ダイポール素子と、
周波数ｆ２（＞ｆ１）、ｆ３（＞ｆ２）に共振する長さを有し、水平に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する１対の第２の水平偏波用ダイポール素子と、
少なくとも１個が前記周波数ｆ２、ｆ３の一方に共振する長さを有するとともに、他が前記周波数ｆ２、ｆ３の他方に共振する長さを有し、垂直に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する３個以上の第２の垂直偏波用ダイポール素子と、
分岐点から水平方向に分岐し、一方の分岐線路に少なくとも１個の前記第２の垂直偏波用ダイポール素子が接続されるとともに、他方の分岐線路に他の前記第２の垂直偏波用ダイポール素子が接続された給電線路と、を備え、
前記１対の第１の水平偏波用ダイポール素子は、外側に位置する素子導体の長さが内側に位置する素子導体の長さよりも大きく設定され、
前記１対の第２の水平偏波用ダイポール素子および前記３個以上の第２の垂直偏波用ダイポール素子は、前記１対の第１の垂直偏波用ダイポール素子の間に配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の水平偏波用ダイポール素子、前記第１の垂直偏波用ダイポール素子、前記第２の水平偏波用ダイポール素子、前記第２の垂直偏波用ダイポール素子をそれぞれ第１、第２、第３および第４の誘電体基板に形成したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の水平偏波用ダイポール素子および前記第１の垂直偏波用ダイポール素子に給電するための給電線路を形成した第１の給電用誘電体基板と、前記第１の水平偏波用ダイポール素子および前記第１の垂直偏波用ダイポール素子に給電するための給電線路を形成した第２の給電用誘電体基板とをさらに備え、
前記第１の給電用誘電体基板によって前記第１および第２の誘電体基板を支持するとともに、前記第２の給電用誘電体基板によって前記第３および第４の誘電体基板を支持したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１、第２、第３および第４の誘電体基板のいくつか、もしくはすべてにバランを形成し、前記バランを形成した前記誘電体基板に形成される前記ダイポール素子は、前記バランを介して給電するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１の水平偏波用ダイポール素子の前記外側の素子導体は、誘電体カバーの内周面に沿うように先端部を曲線状に形成したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第２の水平偏波用ダイポール素子は、傘状をなすように前記素子導体が折り曲げ形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
請求項1〜６のいずれかに記載のアンテナ装置を垂直方向に複数個配列してアレイ化したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
反射板を併設したことを特徴とする請求項1〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信システム等の基地局アンテナ装置として好適に用いることができるアンテナ装置に関し、より詳細には、３周波数帯域を共用する機能と、２つの直交する偏波を独立して送受信してダイバーシチ効果を得ることができる偏波共用機能とを併せ持つアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムでは、０．８ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯などの複数の周波数帯域が割り当てられる。この移動体通信システムにおいて、サービスエリアの形成のために上記各周波数帯域用のアンテナ装置を個別に設置することは、鉄塔等の混雑を招くことから望ましくない。そこで、複数の周波数帯域を共用することが可能な周波数共用アンテナ装置が必要になる。
【０００３】
一方、上記移動体通信システムに用いるアンテナ装置においては、電波の受信効率を上げるためにスペースダイバーシチ方式を用いていたが、この方式は、アンテナ類を設置する鉄塔上部の形状が大きくなるという問題点がある。そこで、最近では、鉄塔上部のなど基地局設備の簡易化が可能な偏波ダイバーシチ方式を採用することが主流となっている。
【０００４】
この偏波ダイバーシチ方式を採用する場合には、垂直偏波、水平偏波ともに同一の水平面ビーム幅を持った偏波共用アンテナ装置が必要である。例えば、６セクタ構成にする場合には、セクタ分割角度（６０゜）に対応した水平面指向性、つまり、垂直偏波と水平偏波がともにビーム幅６０゜の水平面指向性を有する偏波共用アンテナ装置が必要である。
そして、高域の周波数帯域では、ユーザ数の増加に伴う更なる加入者容量の増大を目的に、基地局アンテナ装置の水平面内ビーム幅を４５゜にする必要もある。
【０００５】
ところで、単一偏波（例えば、垂直偏波）を用いる多周波共用アンテナ装置として、例えば、特許文献１に係る多周波共用ダイポールアンテナ装置が提案されている。このポールアンテナアンテナ装置は、例えば３周波数帯域に適用する場合、第１の周波数帯域の中心周波数に共振する長さを有した第１のダイポール素子と、第２の周波数帯域の中心周波数に共振する長さを有した第２のダイポール素子と、第３の周波数帯域の中心周波数に共振する長さを有した第３のダイポール素子とを備えた構成を有する。
上記第１のダイポール素子は、誘電体基板上に金属箔で形成される。そして、第２のダイポール素子は第１のダイポール素子の中に切り込みを設けることによって、第３のダイポール素子は第２のダイポール素子の中に切り込みを設けることによってそれぞれ形成される。
【０００６】
この３周波共用アンテナ装置を垂直方向に複数配列してアレイ化した垂直偏波アンテナ装置を構成し、個々の多周波共用アンテナ装置の上記第１ダイポール素子、第２ダイポール素子および第３ダイポール素子をそれぞれ０．８ＧＨｚ（波長をλ0.8とする）帯、１．７ＧＨｚ（波長をλ1.7とする）帯および２．０ＧＨｚ（波長をλ2.0とする）帯の周波数帯域に共振させる場合、個々の３周波共用アンテナ装置の典型的な配列間隔は約１５０ｍｍになる。この間隔は、０．８ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯にとって、それぞれ０．４４λ0.8、０．９１λ1.7および１．０２λ2に相当する。
【０００７】
アレイ化した基地局用アンテナ装置を構成する場合、通常、垂直方向に配列する個々のアンテナ装置の間隔はほぼ０．５λから０．９λ（λは、目的とする周波数の波長）の間に選定される。
なぜなら、上記配置間隔が短い（０．５λ未満）場合には、隣接するアンテナ装置のアンテナ素子間の相互結合度が増すので、該アンテナ素子のインピーダンスが大きく変化して指向性が大きく変化する可能性があり、また、上記配置間隔が長い（０．９λを超える）場合には、グレーティングローブが強く発生するという不都合を発生するからである。
【０００８】
それゆえ、アレイ化された基地局用アンテナ装置を特許文献１に記載されているような多周波共用ダイポールアンテナ装置を用いて構成すると、目的の各周波数帯域が２倍以上離れている場合に、それぞれの周波数帯域において垂直方向の配置間隔が不適切となって、次のような不都合が発生する。
すなわち、目的の各周波数帯域が０．８ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯である場合、０．８ＧＨｚ帯ではＶＳＷＲが劣化するなどの不都合が発生し、また、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯では、グレーティングローブの発生による利得低下やビームチルト時の利得変動の増加などの不都合が発生する。
【０００９】
一方、単一周波数の垂直偏波と水平偏波を共用するアンテナ装置としては、例えば、垂直偏波用ダイポール素子と水平偏波用ダイポール素子とを備える特許文献２に係る偏波共用アンテナ装置が提案されている。
このアンテナ装置は、上記垂直偏波用ダイポール素子および垂直偏波用ダイポール素子をそれぞれ例えば特許文献1に記載の第１、第２および第３のダイポール素子に置き換えることによって、３周波数帯域に適用することができる。
ここで、このように構成された３周波共用偏波共用アンテナ装置を垂直方向に複数配列してアレイ化する場合を考えると、この場合、このアンテナ装置の配置間隔は低周波数帯と高周波数帯の両方で適切になるように選ばなければならない。
【００１０】
しかし、上記３周波共用偏波共用アンテナ装置は、特許文献１に記載の技術を適用していることから、目的の各周波数帯域が２倍以上離れている場合、同文献１に記載のアンテナと同様に、上記アレイ化のための配置間隔が不適切にならざるを得ないという問題が発生する。なお、特許文献２に係るアンテナ装置は、水平面ビーム幅が広角なため、６セクタ構成を実現するためのアンテナ装置として基本的に不向きである。
【特許文献１】特許第３６２８６６８号
【特許文献２】特開２０００‐０９１８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
現在の６セクタ構成に適したアンテナ装置に要求される条件は、以下のとおりである。
（１）０．８ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯の周波数を共用する。
（２）垂直偏波と水平偏波を共用する。
（３）０．８ＧＨｚ帯での水平面ビーム幅がほぼ６０゜であり、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯での水平面ビーム幅がそれぞれほぼ４５゜である。
【００１２】
図１８は、上記条件を満たすべく構成したアンテナ装置の一例を示している。
同図に示すように、０．８ＧＨｚ帯で６０゜ビームを実現するには、０．８ＧＨｚに共振する一対の垂直偏波用ダイポール素子１０１を水平方向に０・５λ0.8の間隔をおいて配設するとともに、０．８ＧＨｚに共振する一対の水平偏波用ダイポール素子２０１を同様の形態で配設する必要がある。
【００１３】
また、１．７ＧＨｚ帯で４５゜ビームを実現するには、１．７ＧＨｚに共振する一対の垂直偏波用ダイポール素子１０２を水平方向に０・７２λ1.7＝０．３５λ0.8の間隔をおいて配列するとともに、１．７ＧＨｚに共振する一対の水平偏波用ダイポール素子２０２を同様の形態で配設する必要がある。
さらに、２．０ＧＨｚ帯で４５゜ビームを実現するには、２．０ＧＨｚに共振する一対の垂直偏波用ダイポール素子１０３を水平方向に０・７２λ2.0＝０．３５λ0.8の間隔をおいて配列するとともに、２．０ＧＨｚに共振する一対の水平偏波用ダイポール素子２０３を同様の形態で配設する必要がある。
【００１４】
しかし、この様な構成を有する３周波共用偏波共用アンテナ装置は、屋外使用が可能となるように円筒のレドームに収納することを考えると、その大きさ（アンテナ装置内径）が１．０λ0.8以上となる。
さらに、基地局用アンテナ装置では、垂直面ビーム幅を鋭くしかつ利得を増加する目的で垂直方向にアレイ化した構成をもたせることになるが、上記ダイポール素子１０１〜１０３および２０１〜２０３を有するアンテナ装置は、このアレイ化に適さない。
【００１５】
すなわち、前述したように、アレイ化した基地局用アンテナ装置を構成する場合には、垂直方向に配列する個々のアンテナ装置の間隔がほぼ０．５λから０．９λ（λは、目的とする周波数の波長）の間に選定することが望ましい。しかし、アレイ化のために上記３周波共用偏波共用アンテナ装置を上記理想的な間隔０．５λ〜０．９λで配置しようとすると、ダイポール素子同士が接触するなどの不都合を生じる。しかも、給電系統を考慮すると、さらに構成が複雑化することも明らかである。
したがって、３周波数を共用する機能と、垂直偏波と水平偏波を共用する機能を併せ持ち、かつ６セクタ構成に適した水平面ビーム幅を有するアンテナを1本にまとめて構成することは、実際上、非常に困難である。
【００１６】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、その目的は、３周波数を共用する機能と、垂直偏波と水平偏波を共用する機能とをコンパクトな構成によって実現することができ、また、周波数を共用するための理想的な垂直方向配置間隔を維持した状態でアレー化を図ることが可能なアンテナ装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、移動体通信用の３周波共用偏波共用アンテナとして有効に適用することができるアレー化された３周波共用偏波共用アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によれば、上記目的を達成するため、周波数ｆ１に共振する長さを有し、水平に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する１対の第１の水平偏波用ダイポール素子と、周波数ｆ１に共振する長さを有し、垂直に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する１対の第１の垂直偏波用ダイポール素子と、周波数ｆ２（＞ｆ１）、ｆ３（＞ｆ２）に共振する長さを有し、水平に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する１対の第２の水平偏波用ダイポール素子と、少なくとも１個が前記周波数ｆ２、ｆ３の一方に共振する長さを有するとともに、他が前記周波数ｆ２、ｆ３の他方に共振する長さを有し、垂直に向きかつ水平方向に所定の間隔を置いて配列する３個以上の第２の垂直偏波用ダイポール素子と、分岐点から水平方向に分岐し、一方の分岐線路に少なくとも１個の前記第２の垂直偏波用ダイポール素子が接続されるとともに、他方の分岐線路に他の前記第２の垂直偏波用ダイポール素子が接続された給電線路と、を備えるアンテナ装置が提供される。このアンテナ装置において、前記１対の第１の水平偏波用ダイポール素子は、外側に位置する素子導体の長さが内側に位置する素子導体の長さよりも大きく設定され、前記１対の第２の水平偏波用ダイポール素子および前記３個以上の第２の垂直偏波用ダイポール素子は、前記１対の第１の垂直偏波用ダイポール素子の間に配置される。
【００１８】
前記第１の水平偏波用ダイポール素子、前記第１の垂直偏波用ダイポール素子、前記第２の水平偏波用ダイポール素子、前記第２の垂直偏波用ダイポール素子をそれぞれ第１、第２、第３および第４の誘電体基板に形成することができる。
この場合、前記第１の水平偏波用ダイポール素子および前記第１の垂直偏波用ダイポール素子に給電するための給電線路を形成した第１の給電用誘電体基板と、前記第１の水平偏波用ダイポール素子および前記第１の垂直偏波用ダイポール素子に給電するための給電線路を形成した第２の給電用誘電体基板とをさらに設け、前記第１の給電用誘電体基板によって前記第１および第２の誘電体基板を支持するとともに、前記第２の給電用誘電体基板によって前記第３および第４の誘電体基板を支持することができる。
【００１９】
前記第１、第２、第３および第４の誘電体基板のいくつか、もしくはすべてにバランを形成することができる。この場合、前記バランを形成した前記誘電体基板に形成される前記ダイポール素子は、前記バランを介して給電するように構成される。
【００２０】
前記第２の水平偏波用ダイポール素子は、傘状をなすように前記素子導体を折り曲げ形成してもよい。また、前記第１の水平偏波用ダイポール素子の前記外側の素子導体は、誘電体カバーの内周面に沿うように先端部を曲線状に形成してもよい。
【００２１】
本発明によれば、前記構成のアンテナ装置を垂直方向に複数個配列してアレイ化したアンテナ装置が提供される。このアレイ化したアンテナ装置および前記したアンテナ装置には、必要に応じて反射板を併設することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るアンテナ装置によれば、３周波数を共用する機能と、垂直偏波と水平偏波を共用する機能とをコンパクトな構成によって実現することができ、また、周波数を共用するための理想的な垂直方向配置間隔を維持した状態でアレー化を図ることが可能になる。
【００２３】
そして、本発明に係るアレー化アンテナ装置は、例えば、移動体通信用の３周波共用偏波共用アンテナとして有効に適用することができる。すなわち、６セクタ構成の場合、それぞれの周波数帯でこの６セクタ構成に最適な水平面ビーム幅を実現して、最適なエリアを形成することが可能になる。また、良好な垂直面指向性を得ることができるとともに、内径の小さなレドームに収納し得るように小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明に係るアンテナ装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、周波数０．８ＧＨｚ、１．７ＧＨｚおよび２．０ＧＨｚについての波長を、それぞれλ0.8、λ1.7およびλ2.0とする。
図１は、ｆ１帯用アンテナブロックの一例を示している。このアンテナブロックは、周波数ｆ１（本実施形態では０．８ＧＨｚ）に共振する長さを有する一対の水平偏波用ダイポール素子１０および一対の垂直偏波用ダイポール素子２０を有する。
【００２５】
上記一対の水平偏波用ダイポール素子１０は、大地に対して偏波が水平になるように水平に配設され、垂直中央軸線Ｌに対して対称に位置するように、水平方向に所定の間隔（本実施形態では、中心点の間隔が０．２９λ0.8）を置いて配列している。
各水平偏波用ダイポール素子１０を構成する外側の素子導体１０ａと内側の素子導体１０ｂは、互いの長さが相違している。すなわち、本実施形態では、外側の素子導体１０ａの長さが０．１８λ0.8に設定され、内側の素子導体１０ｂの長さが０．１４λ0.8に設定されている。
【００２６】
一方、上記各垂直偏波用ダイポール素子２０は、周波数ｆ１に共振する長さ（本実施形態では０．４６λ0.8）を有し、大地に対して偏波が垂直になるように垂直に向く形態で、かつ、中心点が前記水平偏波用ダイポール素子１０から大地側に所定距離（本実施形態では０．４４λ0.8）離れる形態で配設されている。そして、各垂直偏波用ダイポール素子２０は、垂直中央軸線Ｌに対して対称に位置するように、水平方向に所定の間隔（本実施形態では０．５λ0.8）を置いて配列している。
【００２７】
本実施形態においては、図２に示すように、上記一対の水平偏波用ダイポール素子１０が共通の誘電体基板１１にプリント形成されている。すなわち、図における右側のダイポール素子１０は、外側素子導体１０ａおよび内側素子導体１０ｂがそれぞれ誘電体基板１１の一方および他方の面に形成され、左側のダイポール素子１０は、内側素子導体１０ｂおよび外側素子導体１０ａがそれぞれ誘電体基板１１の一方および他方の面に形成されている。
そして、右側のダイポール素子１０の外側素子導体１０ａと左側のダイポール素子１０の内側素子導体１０ｂの各給電点は、それぞれ誘電体基板１１の一方の面に形成された分岐給電線路１２に接続され、また、右側のダイポール素子１０の内側素子導体１０ｂと左側のダイポール素子１０の外側素子導体１０ａの各給電点は、それぞれ誘電体基板１１の他方の面に形成された分岐給電線路１３に接続されている。
上記誘電体基板１１およびこれにプリント形成された各要素は、ｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１を構成している。
【００２８】
また、本実施形態においては、上記各垂直偏波用ダイポール素子２０が図３に示す誘電体基板２１に個別にプリント形成されている。すなわち、ダイポール素子２０は、一方の素子導体２０ａおよび他方の素子導体２０ｂがそれぞれ誘電体基板２１の一方および他方の面に形成されている。そして、一方の素子導体２０ａの給電点は、誘電体基板２１の一方の面に形成された分岐給電線路２２に接続され、他方の素子導体２０ｂの給電点は、誘電体基板２１の他方の面に形成された分岐給電線路２３に接続されている。
上記誘電体基板２１およびこれにプリント形成された各要素は、ｆ１帯用垂直偏波アンテナユニットＶ−１を構成している。
【００２９】
図４は、１つのｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１と２つの上記ｆ１帯用垂直偏波アンテナユニットＶ−１との組を誘電体基板３０上において垂直方向に２組配置した状態を示している。個々の組のｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１およびｆ１帯用垂直偏波アンテナユニットＶ−１は、それらの水平偏波用ダイポール素子１０および垂直偏波用ダイポール素子２０が図１に示したｆ１帯用アンテナブロックを構成するようにその配設位置が設定されている。上記個々の組は、０．８８λ0.8の間隔で配列し、給電用誘電体基板３０と共にｆ１帯用サブアレイを構成している。
上記アンテナユニットＨ−１の誘電体基板１１および上記アンテナユニットＶ−１の誘電体基板２１は、それぞれ給電用誘電体基板３０の表面に垂直に固定支持されている。なお、誘電体基板３０の裏面には、各アンテナユニットＨ−１およびＶ−１に給電するための給電回路（図示されていない）がプリント形成されている。
【００３０】
図５は、周波数ｆ２（本実施形態では１．７ＧＨｚ）と周波数ｆ３（本実施形態では２．０ＧＨｚ）に共用するｆ２・ｆ３帯用アンテナブロックの一例を示している。このアンテナブロックは、周波数ｆ２，ｆ３に共振する長さを有する一対の水平偏波用ダイポール素子４０と、周波数ｆ２に共振する長さを有する２つの垂直偏波用ダイポール素子５１，５４と、周波数ｆ３に共振する長さを有する２つの垂直偏波用ダイポール素子５２，５３とを備えている。
【００３１】
上記一対の水平偏波用ダイポール素子４０は、大地に対して偏波が水平になるように水平に配設され、垂直中央軸線Ｌに対して対称に位置するように、水平方向に所定の間隔（本実施形態では、中心点の間隔が０．２４λ0.8（＝０．５λ1.7＝０．５６λ2.0））を置いて配列している。
各水平偏波用ダイポール素子４０を構成する外側の素子導体４０ａと内側の素子導体４０ｂは、互いの長さが相違している。すなわち、本実施形態では、外側の素子導体４０ａの長さが０．０９λ0.8（＝０．１９λ1.7＝０．２１λ2.0）に設定され、内側の素子導体４０ｂの長さが０．０８λ0.8（＝０．１７λ1.7＝０．１９λ2.0）に設定されている。
【００３２】
一方、上記垂直偏波用ダイポール素子５１〜５４は、大地に対して偏波が垂直になるように垂直に向く形態で、かつ、それらの中心点が前記水平偏波用ダイポール素子２０から０．１４λ0.8（＝０．３λ1.7＝０．３４λ2.0）だけ大地側に離れる形態で配設されている。
垂直偏波用ダイポール素子５１、５４は、周波数ｆ２に共振する長さ（本実施形態では、０．２５λ0.8（＝０．５１λ1.7＝０．５８λ2.0））を有し、垂直中央軸線Ｌに対して対称に位置するように、水平方向に所定の間隔（本実施形態では、０．３７λ0.8（＝０．７６λ1.7＝０．８５λ2.0））を置いて配列している。また、ダイポール素子５２、５３は、周波数ｆ３に共振する長さ（本実施形態では、０．２１λ0.8（＝０．４４λ1.7＝０．４９λ2.0））を有し、垂直中央軸線Ｌに対して対称に位置するように、水平方向に所定の間隔（本実施形態では、０．１９λ0.8（＝０．３９λ1.7＝０．４４λ2.0））を置いて配列している。
【００３３】
本実施形態においては、図６に示すように、上記一対の水平偏波用ダイポール素子４０が共通の誘電体基板４１の一方の面にプリント形成されている。このプリント化されたダイポール素子４０は、外側の素子導体４０ａおよび内側の素子導体４０ｂが傘状をなすように誘電体基板４１の下端側に向かってそれぞれ折り曲げられている。そして、上記外側素子導体４０ａは、その先端部外縁が曲線状に形成され、また、誘電体基板４１は、素子導体４０ａの外側縁形状に沿うようにその角部が整形されている。
【００３４】
素子導体４０ａ，４０ｂの給電点部位からは、接地導体４２ａ，４２ｂが相互間にスリット４３が形成される形態で誘電体基板４１の下端側に向かって延びている。
一方、誘電体基板４１の他方の面には、給電線路導体４４が形成されている。この給電線路導体４４は、接地導体４２ｂ（接地導体４２ａ）の背面に対向する形態で誘電体基板４１の下端から素子導体４０ｂ（素子導体４０ａ）の給電点部位の背後まで延び、さらに、そこから先の部分が素子導体４０ａ（素子導体４０ｂ）側に折れ曲がって上記スリット４３の上部を横切った後、誘電体基板４１の下端に向って延びるように形成されている。つまり、給電線路導体４４は、ダイポール素子４０の中心部分を頂上として折返す略逆Ｕ字形状を有している。
なお、給電線路導体４４は、先端側半部を折返すことなく素子導体３１ａ（素子導体３１ａ）側に延びるように、つまり、Ｌ字形を有するように形成してもよい。また、素子導体４０ａ，４０ｂは、傘状に折り曲げないで水平に形成してもよい。傘状に形成した理由については後述する。
【００３５】
水平偏波用ダイポール素子４０は、上記接地導体４２ａ、４２ｂおよび給電線路導体４４を介して給電される。このとき、接地導体４２ａ、４２ｂがスリット４３によって分けられているので、これらの接地導体４２ａ、４２ｂに流れる電流の向きは逆になる。そして、相互に結合された接地導体４２ａ、４２ｂの基端部には電流が流れない。したがって、該接地導体４２ａ、４２ｂと給電線路導体４４からなる給電系は、電位を変換するバラン（平衡・不平衡変換器）を構成することになる。
上記誘電体基板４１およびこれにプリント形成された各要素は、ｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットＨ−２を構成している。
【００３６】
一方、本実施形態においては、上記垂直偏波用ダイポール素子５１〜５４が図７に示す誘電体基板５５にプリント形成されている。
ダイポール素子５１、５２、５３および５４は、一方の素子導体５１ａ、５２ａ、５３ａおよび５４ａが誘電体基板５５の表面に形成され、他方の素子導体５１ｂ、５２ｂ、５３ｂおよび５４ｂが誘電体基板５５の裏面に形成されている。
誘電体基板５５には、給電線路５６が形成されている。この給電線路５６は、誘電体基板５５の表面に形成された線路導体５６ａと該基板５５の裏面に形成された線路導体５６ｂとからなり、中央分岐点５６ｃからダイポール素子５１〜５４の配列方向に分岐している。
給電線路５６の一方の分岐線路部を構成する線路導体５６ａおよび５６ｂは、それぞれ素子導体５１ａ、５２ａおよび５１ｂ、５２ｂにそれぞれ接続され、他方の分岐線路部を構成する線路導体５６ａおよび５６ｂは、素子導体５３ａ、５４ａおよび５３ｂ、５４ｂにそれぞれ接続されている。
【００３７】
誘電体基板５５の裏面には、誘電体基板５７が当接している。この誘電体基板５７の表面および裏面には、給電線路を構成する図示していない線路導体がそれぞれプリント形成され、これらはそれぞれ誘電体基板５５に形成された給電線路５６の線路導体５６ａおよび５６ｂに分岐点５６ｃにおいて接続されている。
上記誘電体基板５５、５８およびこれらにプリント形成された各要素は、ｆ２・ｆ３帯用垂直偏波アンテナユニットＶ−２を構成している。
【００３８】
図８は、上記水平偏波アンテナユニットＨ−２と垂直偏波アンテナユニットＶ−２との組を誘電体基板６０上において垂直方向に３組配置した状態を示している。
個々の組の水平偏波アンテナユニットＨ−２および垂直偏波アンテナユニットＶ−２は、それらの水平偏波用ダイポール素子４０および垂直偏波用ダイポール素子５１〜５４が図５に示したｆ２・ｆ３帯用アンテナブロックを構成するようにその配設位置が設定されている。そして、上記個々の組は、０．２９λ0.8（＝０．６λ1.7＝０．６８λ2.0）の間隔で配列し、給電用誘電体基板６０と共にｆ２・ｆ３帯用サブアレイを構成している。
【００３９】
上記アンテナユニットＨ−２の誘電体基板４１は、給電用誘電体基板６０の表面に垂直に固定支持され、また上記アンテナユニットＶ−２の誘電体基板５５は、図７に示す誘電体基板５７を介して誘電体基板６０の表面に平行に固定支持されている。なお、誘電体基板６０の裏面には、各アンテナユニットＨ−２およびＶ−２に給電するための給電回路（図示されていない）がプリント形成されている。
【００４０】
図８に示すｆ２・ｆ３帯用サブアレイの垂直方向長は、０．８７λ0.8（＝０．２９λ0.8×３）であるので、図４に示すｆ１帯用サブアレイと無駄スペースなくコンパクトに組み合わせることが可能である。
図９は、２個のｆ１帯用サブアレイと２個のｆ２・ｆ３帯用サブアレイとを組み合わせた例を示し、図１０は、この組み合わせ例におけるｆ１帯用サブアレイのアンテナユニットＨ−１、Ｖ−１とｆ２・ｆ３帯用サブアレイのアンテナユニットＨ−２、Ｖ−２の相対位置関係を示す。
【００４１】
図１０に示すように、大地側から見て上側（図１０では左側）に位置したｆ１帯用サブアレイとｆ２・ｆ３帯用サブアレイの相対位置関係は、前者の水平偏波アンテナユニットＨ−１のダイポール素子１０に対して後者の最上段の水平偏波アンテナユニットＨ−２のダイポール素子４０が０．０７λ0.8（＝０．１５λ1.7＝０．１７λ2.0）だけ大地側に変位して位置するように設定されている。
また、大地側から見て下側（図１０では右側）に位置したｆ１帯用サブアレイとｆ２・ｆ３帯用サブアレイの相対位置関係も同様である。
そして、上側に位置したｆ１帯用サブアレイと下側に位置したｆ１帯用サブアレイの相対位置関係は、それらのダイポール素子１０相互の間隔が０．２９λ0.8×３＝０．８７λ0.8になるように設定されている。
【００４２】
ｆ１帯用サブアレイとｆ２・ｆ３帯用サブアレイからなるアンテナアセンブリ（これも１つのアンテナ装置を構成している）を上記のように２段配列した構成の図９のアンテナ装置においては、上側のｆ２・ｆ３帯用サブアレイの最下段のダイポール素子５１〜５４の一部が、下側のｆ１帯用サブアレイのダイポール素子１０よりも大地側に位置することになる。そこで、図２および図９に示すように、水平偏波アンテナユニットＨ−１の誘電体基坂１１には、上記ｆ２・ｆ３帯用サブアレイの最下段のダイポール素子４０の一部を挿入するための穴１４、１５および１６を貫通形成してある。
【００４３】
図９のアンテナ装置によれば、高い周波数帯のアンテナ素子（ダイポール素子４０、５１〜５４）においても、垂直方向に理想的な間隔０．２９λ0.8（＝０．６λ1.7＝０．６８λ2.0）を維持することができる。
図１１、図１２および図１３は、図９のアンテナア装置のｆ１帯の周波数（０．８８５ＧＨｚ）、ｆ２帯の周波数（１．８１２５ＧＨｚ）およびｆ３帯の周波数（２．０４５ＧＨｚ）に対する垂直偏波と水平偏波の水平面内指向性をそれぞれ例示している。
前述したように、現在の６セクタ構成に適した移動体通信用アンテナ装置では、０．８ＧＨｚ帯での水平面ビーム幅が略６０゜であることと、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯での水平面ビーム幅がそれぞれ略４５゜であることが要求される。
図１１、図１２および図１３から明らかなように、図９に示すアンテナア装置によれば、上記の条件を十分に満たすことができる。
【００４４】
一方、図１４および図１５は、図９のアンテナ装置の上記ｆ１帯の周波数およびｆ２／ｆ３帯の周波数（２．０４５ＧＨｚ）に対する垂直偏波と水平偏波のＶＳＷＲ特性をそれぞれ例示している。図１４において、０．９１ｆ１および１．０８ｆ１は、それぞれ０．８１０ＧＨｚおよび０．９６０ＧＨｚである。また、図１５において、０．９６ｆ２および１．０３ｆ１は、それぞれ１．７４５ＧＨｚおよび１．８８０ＧＨｚであり、０．９４ｆ３および１．０６ｆ３は、それぞれ１．９４０ＧＨｚおよび２．１７０ＧＨｚである。
【００４５】
これらの図から明らかなように、図９に示すアンテナア装置によれば、ｆ１帯の周波数において、ＶＳＷＲ１．５を満足する比帯域が約１７％に、また、ｆ２／ｆ３帯の周波数において、ＶＳＷＲ１．５を満足する比帯域が約２２％になる。つまり、このアンテナ装置は、広帯域ナアンテナ装置としての機能を有する。
なお、図１に示すｆ１帯用アンテナブロック単体と、図５に示すｆ２／ｆ３帯用アンテナブロック単体とを組み合わせたアンテナ装置や、図４に示すｆ１帯用サブアレイ単体と図８に示すｆ２・ｆ３帯用サブアレイ単体とを組み合わせたアンテナ装置においても、上記に準じた水平面内指向およびＶＳＷＲ特性を得ることができる。
【００４６】
図９に示すアンテナア装置は、アレイ化された構成を有している。しかし、例えば移動体通信のための基地局用アンテナ装置として用いる場合には、前記ｆ１帯用サブアレイとｆ２・ｆ３帯用サブアレイの配置段数をさらに増すことが望ましい。このようなアレイ化アンテナ装置は、図９に示すアンテナア装置を垂直方向に複数個（例えば３個）連接することによって容易かつ無駄スペースなしに構成することができる。
【００４７】
このように構成されたアレイ化アンテナ装置や図９に示したアンテナ装置は、図１６に示すような円筒状の誘電体カバー（レドーム）７０に収納した状態で使用される。この誘電体カバー７０の径は、重量や風圧荷重の軽減および小型化を図る上で、できるだけ小径にすることが望ましい。
本実施形態に係るアンテナ装置の構成では、適用波長の長い前記ｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１の形状が誘電体カバー７０の内径を決定する要素になる。図１６に示す前記ｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１は、各ダイポール素子１０における外側の素子導体１０ａの先端部を誘電体カバー７０の内周面に沿うように曲線状に曲げ形成しているので、図示のような小径な誘電体カバー７０を用いた場合でも、外側の素子導体１０ａと誘電体カバー７０の内周面との干渉が回避される。
【００４８】
前記ｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットＨ−２は、ダイポール素子４０を傘状に形成してあるので、上記小径な誘電体カバー７０を用いた場合でも、図１７に示すように、該ダイポール素子４０の外側素子導体４０ａと誘電体カバー７０の内周面との干渉が回避される。このようなアンテナユニットＨ−１，Ｈ−２を用いた場合、図１６，１７に示す誘電体カバー７０の内径は０．７λ0.8程度に設定することが可能である。
【００４９】
なお、ｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１のダイポール素子１０をｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットＨ−２のダイポール素子４０のように傘状に形成してもよく、逆に、ｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットＨ−２のダイポール素子４０を図１６に示すｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１のダイポール素子１０のように形成してもよい。
【００５０】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、例えば、以下のような種々の変形態様を含むものである。
（ａ）上記実施形態に係るアンテナ装置およびアレイ化アンテナ装置は、必要に応じて、図９に示すような反射板を併設することができる。
（ｂ）図２に示すｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１では、各ダイポール素子１０を共通の誘電体基板１１に形成しているが、該各ダイポール素子１０を個別の基板に形成してもよい。図６に示すｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットＨ−２についても同様である
（ｃ）ｆ１帯用水平偏波アンテナユニットＨ−１のダイポール素子１０および図３に示すｆ１帯用垂直偏波アンテナユニットＶ−１のダイポール素子２０を、バランを介して給電するｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットＨ−２のダイポール素子４０のように構成してもよく、逆に、該アンテナユニットＨ−２のダイポール素子４０をアンテナユニットＨ−１のダイポール素子１０のように構成してもよい。
（ｄ）図７に示すｆ２・ｆ３帯用垂直偏波アンテナユニットＶ−２は、少なくとも１個が前記周波数ｆ２、ｆ３の一方に共振する長さを有するとともに、他が前記周波数ｆ２、ｆ３の他方に共振する長さを有する３個以上の垂直偏波用ダイポール素子を備えるという点と、一方の分岐線路に上記少なくとも１個のダイポール素子が接続されるとともに、他方の分岐線路に上記他の垂直偏波用ダイポール素子が接続されるという点が満たされればよい。したがって、このアンテナユニットＶ−２のダイポール素子の個数および配列形態は、図示のそれに限定されない。
（ｅ）各実施形態のアンテナは、０．８ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯に適用するように構成されているが、本発明は、他の周波数帯においても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ｆ１帯用アンテナブロックの構成を示す概念図である。
【図２】ｆ１帯用水平偏波アンテナユニットの構成例を示す側面図である。
【図３】ｆ１帯用垂直偏波アンテナユニットの構成例を示す側面図である。
【図４】ｆ１帯用サブアレイの構成を示す斜視図である。
【図５】ｆ２／ｆ３帯用アンテナブロックの構成を示す概念図である。
【図６】ｆ２／ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットの構成例を示す側面図である。
【図７】ｆ２／ｆ３帯用垂直偏波アンテナユニットの構成例を示す平面図である。
【図８】ｆ２／ｆ３帯用サブアレイの構成を示す斜視図である。
【図９】ｆ１帯用サブアレイとｆ２・ｆ３帯用サブアレイからなるアンテナアセンブリを示す斜視図である。
【図１０】図９のアンテナアセンブリにおけるｆ１帯用サブアレイのアンテナユニットとｆ２・ｆ３帯用サブアレイのアンテナユニットの相対位置関係を示す概念図である。
【図１１】０．８ＧＨｚ帯の周波数に対する水平偏波と水平偏波の水平面内指向性を例示した特性図である。
【図１２】１．７ＧＨｚ帯の周波数に対する水平偏波と水平偏波の水平面内指向性を例示した特性図である。
【図１３】２．０ＧＨｚ帯の周波数に対する水平偏波と水平偏波の水平面内指向性を例示した特性図である。
【図１４】０．８ＧＨｚ帯の周波数に対する水平偏波と水平偏波のＶＳＷＲ特性を例示したグラフである。
【図１５】１．７／２ＧＨｚ帯の周波数に対する水平偏波と水平偏波のＶＳＷＲ特性を例示したグラフである。
【図１６】素子導体の先端部を誘電体カバーの内周面に沿うように曲線状に曲げ形成したｆ１帯用水平偏波アンテナユニットを示す側面図である。
【図１７】誘電体カバー内におけるｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニットの配置形態を示す側面図である。
【図１８】現在の６セクタ構成に適したアンテナ装置に要求される条件を満たすべく構成した従来のアンテナ装置の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０，４０  水平偏波用ダイポール素子
１１，２１，４１，５５  誘電体基板
２０，５１〜５４  垂直偏波用ダイポール素子
３０，６０  給電用誘電体基板
７０  誘電体カバー
８０  反射板
Ｈ−１  ｆ１帯用水平偏波アンテナユニット
Ｖ−１  ｆ１帯用垂直偏波アンテナユニット
Ｈ−２  ｆ２・ｆ３帯用水平偏波アンテナユニット
Ｖ−１  ｆ２・ｆ３帯用垂直偏波アンテナユニット
【図１】
2008153967.tif 000003
【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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【図１８】
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