(57)【要約】【課題】アンテナ径を使用周波数帯域の中心周波数の波長に対して十分に小さく設定した場合でも、水平面内ビームの狭幅化およびフロントバック比の低減を図ることができる指向性アンテナ装置を提供する。【解決手段】反射板（３）と、所望の周波数帯域の中心周波数に共振する長さを有し、前記反射板からｄ１の距離を置いて配置されたダイポールアンテナ素子（５）と、反射板（３）からｄ２の距離を置いて配置された無給電素子（７）と、  反射板（３）、ダイポールアンテナ素子（５）および無給電素子（７）を収納する誘電体カバー（１）と、を備える。誘電体カバー（１）の内径を０．１９５λ〜０．３４λ（λは、前記中心周波数の波長）に設定するとともに、距離ｄ１、ｄ２をそれらの比ｄ２/ｄ１が１．３〜５．０になるように設定し、前記反射板を前記誘電体カバーの内径に亘って開口するように形成している。【選択図】  図１
2008182506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直偏波を放射する指向性アンテナ装置であって、
反射板と、
所望の周波数帯域の中心周波数に共振する長さを有し、前記反射板からｄ１の距離を置いて配置されたダイポールアンテナ素子と、
前記反射板からｄ２の距離を置いて配置された無給電素子と、
前記反射板、前記ダイポールアンテナ素子および前記無給電素子を収納する誘電体カバーと、を備え、
前記誘電体カバーの内径を０．１９５λ〜０．３４λ（λは、前記中心周波数の波長）に設定するとともに、前記距離ｄ１、ｄ２をそれらの比ｄ２/ｄ１が１．３〜５．０になるように設定し、前記反射板を前記誘電体カバーの内径に亘って開口するように形成したことを特徴とする指向性アンテナ装置。
【請求項２】
前記反射板は、指向方向に面する主反射部と該主反射部の一端および他端から前記指向方向にそれぞれ立ち上げられた副反射部とによって断面逆台形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ装置。
【請求項３】
前記ダイポールアンテナ素子および前記無給電素子を誘電体基板に形成したことを特徴とする請求項１に記載の指向性アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の指向性アンテナ装置を複数個配列してアレー化したことを特徴とする指向性アンテナ装置。
【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として好適に用いることができる指向性アンテナ装置に関し、特に不感地をなくすために設けられる小型基地局用の指向性アンテナとして好適に使用することができる指向性アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信では、1つの基地局がカバーするエリアを扇状のセクタに分割し、個々のセクタ毎に指向性アンテナ装置を配して周波数利用効率を向上させている。この場合、上記指向性アンテナ装置は、希望する扇状の範囲にのみ電波が放射されるような指向性を持つように、すなわち、３セクタ構成の基地局の場合には、約１２０°の水平面指向性を持つように構成される。
【０００３】
図１２は、従来例に係る基地局用の指向性アンテナ装置を概念的に示す断面図である。このアンテナ装置では、指向性を単一化するために、誘電体カバー１００の内部に反射板３００が配設され、かつ、該反射板３００の中心点から指向方向（主ビーム放射方向）に所定距離ｄだけ離隔した位置にダイポールアンテナ素子２００が配置されている。反射板１０１は、断面Ｖ字状の主反射部３００ａと、該主反射部３００ａの一端および他端から上記指向方向にそれぞれ立ち上げられた副反射部３００ｂとによって構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このアンテナ装置は、誘電体カバー１００の内径を０．３４１λ（λは、所望の周波数帯域の中心周波数の波長）程度にすることができる。この場合、上記距離ｄが約０．２７９λに設定され、水平面ビーム幅が約１１８°に、またフロントバック比が約１７．６ｄＢ（図１３参照）になる。
【特許文献１】特許第３０８８６１３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来例に係る指向性アンテナ装置は、比較的小型に構成することが可能であるものの、風圧荷重の等の低減のためにアンテナ径を一層小さくすることが望ましい。
【０００６】
一方、近年においては、基地局を適切な場所に設置できないことに起因して生じる不感地や、建物や地形などの影響によって生じる不感地をなくすために、小型基地局を適所に設置することが実施されている。この小型基地局では、荷重負担の軽減が極めて重要なるので、一層アンテナ径を小さくすることが要求される。このため、従来、この小型基地局では、アンテナ径を小さくすることが容易な無指向性アンテナ装置を主に使用している。しかし、不感地の形状や小型基地局の設置場所などの都合で、一方向のみのエリア形成を行いたい場合が多々あり、その場合、無指向性アンテナ装置はその水平面指向性からして適さなくなる。
そこで、エリア形成が可能でかつ無指向性アンテナのアンテナ径とほぼ同等のアンテナ径となるように構成することが可能な小型基地局用のアンテナ装置が要望されている。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、一層の小型化を図ることが可能な指向性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】
【０００８】
本発明は、垂直偏波を放射する指向性アンテナ装置であって、反射板と、所望の周波数帯域の中心周波数に共振する長さを有し、前記反射板からｄ１の距離を置いて配置されたダイポールアンテナ素子と、前記反射板からｄ２の距離を置いて配置された無給電素子と、前記反射板、前記ダイポールアンテナ素子および前記無給電素子を収納する誘電体カバーと、を備えている。そして、このアンテナ装置では、前記誘電体カバーの内径を０．１９５λ〜０．３４λ（λは、前記中心周波数の波長）に設定するとともに、前記距離ｄ１、ｄ２をそれらの比ｄ２/ｄ１が１．３〜５．０になるように設定し、前記反射板を前記誘電体カバーの内径に亘って開口するように形成することによって上記の目的を達成している。
【０００９】
前記反射板の開口寸法は、より好ましくは、０．２２５λに設定される。この反射板は、例えば、指向方向に面する主反射部と該主反射部の一端および他端から前記指向方向にそれぞれ立ち上げられた副反射部とによって断面逆台形状に形成することができる。
前記ダイポールアンテナ素子および無給電素子は、誘電体基板にプリント等の手段により形成することができる。
【００１０】
本発明によれば、前記指向性アンテナ装置を複数個配列してアレー化した指向性アンテナ装置も提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るアンテナ装置によれば、誘電体カバーの内径を０．１９５λ〜０．３４λ（λは、前記中心周波数の波長）に設定して小型化を図っているにもかかわらず、良好な水平面内ビーム幅、フロントバック比および広いＶＳＷＲ比帯域を実現することが可能である。したがって、風圧荷重の低減を図ることが要求される移動通信システム等の基地局アンテナとして好適に用いることができ、特に、不感地をなくすために設けられる小型基地局用の指向性アンテナとして有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態に係る指向性アンテナ装置を概念的に示した断面図である。
この指向性アンテナ装置は、円筒状の誘電体カバー１の内部に図２に例示するような形状を有する反射板３、ダイポールアンテナ素子５および無給電素子７を収納した構成を有する。
【００１３】
反射板３は、指向方向（主ビーム放射方向）に面する主反射部３ａと、この主反射部３ａの両側端からそれぞれ上記指向方向側に立ち上げられた副反射部３ｂとを備え、逆台形状の断面を有するように、かつ、誘電体カバー１の内径に亘って開口するように形成されている。
ダイポールアンテナ素子５および無給電素子７は、主反射部３ａの長手軸線を含みかつ該主反射部３ａに垂直な面内に配置された誘電体基板９にプリント形成されている。すなわち、ダイポールアンテナ素子５は、誘電体基板９の一方および他方の面にそれぞれ貼着された金属箔からなる素子導体５ａおよび５ｂによって構成され、また、無給電素子７は、誘電体基板９の一方の面に貼着された金属箔によって構成されている。
【００１４】
ダイポールアンテナ素子５の長手軸線は、主反射部３ａに平行しかつ該主反射部３ａから距離ｄ１を置いて位置している。また、無給電素子７は、ダイポールアンテナ素子５に平行しかつ長手軸線が主反射部３ａからｄ２（＞ｄ１）だけ離れる形態で位置している。なお、ダイポールアンテナ素子５の素子導体５ａおよび５ｂは、誘電体基板９の一方および他方の面にプリント形成された給電線路導体５ｃにそれぞれ接続されている。
【００１５】
このような構成を有する本実施形態の指向性アンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子５の長手軸線が垂直に向く形態で設置され、給電線路導体５ｃを介してダイポールアンテナ素子５を励振することにより垂直偏波を放射する。
本実施形態に係る指向性アンテナ装置を構成する各要素の寸法は以下のとおりである。
誘電体カバー
・内径が０．２３９λ（λは、所望の周波数帯域の中心周波数の波長）
反射板３
・主反射部３ａの幅（図１における左右幅）が０．１４９λ
・副反射部３ｂの幅が０．１０６λ
・開口幅Ｄが０．２２５λ
【００１６】
図３は、図１のアンテナ装置から無給電素子７を除いた構成のアンテナ装置を示す。この構成のアンテナ装置においては、当然、上記距離ｄ１が誘電体カバー１の内径０．２３９λよりも小さく設定されることになる。
図４は、このアンテナ装置において上記距離ｄ１を変化させた場合の水平面ビーム幅とフロントバック比の関係を示している。この図４から明らかなように、このアンテナ装置では、ｄ１＜０．２３９λでのビーム幅が図１２に示すアンテナ装置のビーム幅（１１８°）よりも拡がり、また、ｄ１＜０．２３９λでのフロントバック比が図１２に示すアンテナ装置のフロントバック比（１７．６ｄＢ）よりも劣化する。
【００１７】
例えば、３セクタを構成する移動体通信用の基地局の場合、セクタ分割角度（１２０°）と同じ角度を有する水平面指向性が必要である。それゆえ、上記ビーム幅の拡大は、隣接するセクタ相互間での電波の干渉を生じさせ、結果的に加入者容量の減少をもたらす。フロントバック比の劣化も同じことが言える。すなわち、３セクタを構成する場合でも、また、小型基地局で一方向に放射エリアを形成する場合でも、バック方向の干渉波を生じることになる。
【００１８】
そこで、図１に示す本実施形態に係るアンテナ装置では、上記のような問題を生じることなくアンテナ径を縮小すべく、前記無給電素子７の主反射部３ａからの距離ｄ２とダイポールアンテナ素子５の主反射部３ａからの距離ｄ１とを後述のように規定している。
本実施形態に係るアンテナ装置において、反射板３の主反射部３ａからのダイポールアンテナ素子５の距離ｄ１を波長換算値である０．０６８λ、０．１０２λ、０．１３６λおよび０．１７λに固定した場合、主反射部３ａからの上記無給電素子７の距離ｄ２の変化に応じて水平面ビーム幅が図５に示す形態で変化する。つまり、上記ｄ１の各固定値についての水平面ビーム幅は、いずれも距離ｄ２が大きくなるに伴って徐々に狭くなる形態で変化する。
【００１９】
例えば、内径０．２３９λの電体カバー１を使用する場合には、距離ｄ２を０.２３９λよりも小さくしなければならないが、図５から明らかなように、本実施形態に係るアンテナ装置では、ダイポールアンテナ素子５の配置距離ｄ１が０．０６８λ、０．１０２λ、０．１３６λおよび０．１７λのいずれに設定されている場合においても、ｄ２＜０.２３９λにおけるビーム幅が１１５°〜１３０°の範囲の大きさを示すことになる。つまり、図４に示すビーム幅のとの対比から明らかなように、本実施形態に係るアンテナ装置によれば、無給電素子７を備えていない図３のアンテナ装置よりもビーム幅を１０°以上改善することができる。  
【００２０】
一方、本実施形態に係るアンテナ装置では、距離ｄ１を上記と同様に０．０６８λ、０．１０２λ、０．１３６λおよび０．１７λに固定した場合に、フロントバック比が上記距離ｄ２の変化に対して図６に示す形態、つまり、距離ｄ２が大きくなるに伴ってレベルが低くなる形態で変化する。
したがって、図４に示すフロントバック比との対比から明らかなように、本実施形態に係るアンテナ装置によれば、無給電素子７を備えていない図３のアンテナ装置に対してフロントバック比を最大６ｄＢ改善することができる。
【００２１】
本実施形態に係るアンテナ装置では、図５および図６に示す関係に基づいて、上記主反射部３ａからのダイポールアンテナ素子５の距離ｄ１と該主反射部３ａからの無給電素子７の距離ｄ２との比（ｄ１／ｄ２）を１．３〜５．０の範囲に設定している。この構成によれば、誘電体カバー１の内径（アンテナ径）を所望の周波数帯域の中心周波数の波長λに対して十分に小さい０．１９５λ〜０．３４λに設定した場合でも、良好な水平面内ビーム幅およびフロントバック比を得ることができる。
【００２２】
なお、反射板３には、誘電体カバー１の内径に亘る開口幅Ｄを持たせるので、該内径が小さくなるに伴ってこの開口幅Ｄが狭くなる。しかし、実験の結果、誘電体カバー１の内径を０．１９５λ〜０．３４λに設定したことに伴う上記開口幅Ｄの変化によらず、良好な水平面内ビーム幅およびフロントバック比を得られることが確認された。
【００２３】
（実施例）
・誘電体カバー１
内径：０．２３９λ
・反射板３
主反射部３ａの幅：０．１５７λ
副反射部３ｂの幅：０．１１λ
主反射部３ａと副反射部３ｂのなす角：１０９°
各副反射部３ｂによって形成される開口の幅：０．２３２λ
・アンテナ素子５
幅ｗ１：０．０４λ
長さｌ１：０．４４７λ
主反射部３ａからの距離ｄ１：０．１２３λ
・無給電素子７
幅ｗ２：０．０１７λ
長さｌ２：０．３２４λ
主反射部３ａからの距離ｄ２：０．１８４λ
・距離比
ｄ２/ｄ１：１．４９
【００２４】
図７は、本実施例に係るアンテナ装置の水平面内指向性を例示している。この図７から明らかなように、本実施例に係るアンテナ装置は、誘電体カバー１の内径が０.２３９λという小さい値に設定されているにも関わらず、ビーム幅１２２°を実現することができる。すなわち、図３に示すアンテナ装置において誘電体カバー１の内径を０.２３９λに設定した場合のビーム幅１３２°に比して、１０°程度狭いビーム幅を実現することができる。
【００２５】
また、本実施例に係るアンテナ装置は、フロントバック比１７．２ｄＢを実現することができる。このフロントバック比は、図３に示すアンテナ装置におけるフロントバックと比較して５ｄＢ程度改善されている。
そして、本実施例に係るアンテナ装置は、図８にそのＶＳＷＲ特性を示すように、ＶＳＷＲ１．５を満足する比帯域が約１５％であるという広帯域性をもつ。
【００２６】
図９は、アレー化された本発明に係るアンテナ装置を示している。このアレー化アンテナ装置は、ダイポールアンテナ素子５および無給電素子７を形成した前記誘電体基板９を反射板３'の長手方向に沿って適宜な間隔を置いて複数個（図では２個の例を示したが、３個以上であってもよい）配列した構成、つまり、図１、図２に示したアンテナ装置を複数個連接した構成を有する。
なお、上記各誘電体基板９および反射板３'は、図示していない長尺の誘電体カバーに収納される。
【００２７】
このアレー化アンテナ装置は、図１、図２に示したアンテナ装置と同様にアンテナ径を小さくすることができるので、移動体通信のセクタを構成する指向性アンテナ装置として使用することにより、基地局の小型化を図ることができる。また、不感地をなくすために設けられる小型基地局のアンテナ装置として使用すれば、該小型基地局の風圧荷重負担を軽減することができる。
【００２８】
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形態様を含むものである。すなわち、図９に示すアレー化されたアンテナ装置においては、複数個のダイポールアンテナ素子５および無給電素子７を単一の誘電体基板に形成することも可能である。また、図１、図９に示す反射板３、３'に代えて、図１０に示す断面Ｖ字状の反射板３１、３１'や、図１１に示す断面形状を有する反射板３２、３２'を用いてもよい。図１１に示す反射板３２、３２'は、断面Ｖ字状の主反射部３２ａと、該主反射部３２ａの一端および他端から指向方向にそれぞれ立ち上げられた副反射部３２ｂとによって構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る指向性アンテナ装置を概念的に示す断面図である。
【図２】反射板、ダイポールアンテナ素子および無給電素子の相対位置関係を示す斜視図である。
【図３】図１のアンテナ装置から無給電素子を除いた構成を有するアンテナ装置の断面図である。
【図４】図３のアンテナ装置におけるアンテナ素子の配置距離とビーム幅との関係および該配置距離とフロントバック比との関係を示すグラフである。
【図５】図１のアンテナ装置における無給電素子の配置距離とビーム幅との関係を示すグラフである。
【図６】図１のアンテナ装置における無給電素子の配置距離とフロントバック比との関係を示すグラフである。
【図７】図１のアンテナ装置の水平面内指向性を示すグラフである。
【図８】図１のアンテナ装置のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係るアレー構成の指向性アンテナ装置の斜視図である。
【図１０】反射板の他の例を示す断面図である。
【図１１】反射板のさらに別の例を示す断面図である。
【図１２】従来の指向性アンテナ装置を概念的に示した断面図である。
【図１３】図１２のアンテナ装置の水平面内指向性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  誘電体カバー
３，３'，３１，３２  反射板
３ａ  主反射部
３ｂ  副反射部
５  ダイポールアンテナ素子
５ａ，５ｂ  素子導体
５ｃ  給電線路導体
７  無給電素子
９  誘電体基板
【図１】
2008182506.tif 000003
【図２】
2008182506.tif 000004
【図３】
2008182506.tif 000005
【図４】
2008182506.tif 000006
【図５】
2008182506.tif 000007
【図６】
2008182506.tif 000008
【図７】
2008182506.tif 000009
【図８】
2008182506.tif 000010
【図９】
2008182506.tif 000011
【図１０】
2008182506.tif 000012
【図１１】
2008182506.tif 000013
【図１２】
2008182506.tif 000014
【図１３】
2008182506.tif 000015